Technologie de prototypage rapide: développement, applications et tendances futures

Définition du concept: saut technologique du prototypage à la fabrication rapide

Prototypage rapide (RP) est né dans les années 1980, avec son principe de base étant la construction d'objets solides tridimensionnels basés sur la méthode de «superposition en couches». Sa caractéristique la plus distinctive est de se libérer de la dépendance aux moules dans la fabrication traditionnelle, avec l'ensemble du processus piloté par des modèles numériques. En tant que direction avancée de la RP, la fabrication rapide (RM) diffère en ce qu'elle cible directement la production de pièces fonctionnelles à usage final-telles que les composants intérieurs personnalisés en petits lots dans l'industrie automobile et les implants personnalisés dans le domaine médical-plutôt que de se limiter à la vérification de prototypes. Bien que leurs voies techniques se chevauchent fortement, il existe des différences fondamentales dans leurs objectifs d'application. Cependant, du point de vue de la pratique industrielle actuelle, la RM nécessite encore une optimisation continue en termes d'efficacité de production (e. G., temps de fabrication d'une seule pièce), performance des matériaux (e. G., résistance vieillissante à long terme), et contrôle des coûts (e. G., allocation d'amortissement d'équipement) en combinaison avec des scénarios spécifiques d'industrie.

Système technologique de base: caractéristiques et évolution des processus principaux

Actuellement, les trois technologies RP les plus matures dans les applications industrielles suivent toutes la logique du «formage superposé par discrétisation en couches», mais elles diffèrent considérablement en termes de compatibilité des matériaux et de performances de précision. La sélection dans les applications pratiques devrait être basée sur des scénarios spécifiques:

Appareil de stéréolithographie (SLA): Utilise une résine photosensible liquide comme matière première, qui est traitée point par point par laser ultraviolet. Dans des applications pratiques, l'équipement ProX 800 de qualité industrielle de 3D Systems peut contrôler de manière stable la précision à ± 0,13mm (± 0,005 ″) et atteindre une rugosité de surface de Ra 2, 0-3, 5μm lors de la fabrication de prototypes de coques d'appareils ménagers, ce qui le rend adapté aux scénarios nécessitant une grande précision d'apparence.

Le fritte sélectif laser (SLS): Proposé par le Professeur C. R. Dechard de l'Université du Texas (États-Unis) en 1989, il a d'abord été utilisé pour la formation de poudre de nylon. Le principal avantage de ce processus est que la poudre non frittée peut naturellement supporter des structures complexes-par exemple, dans la production d'essai de composants aérospatiaux, l'équipement EOS M 290 peut fritter Ti-6Al-4V poudre pour fabriquer directement des buses de carburant avec des canaux d'écoulement internes, sans avoir besoin de conception de support supplémentaire, résultant en une liberté géométrique presque illimitée.

Modélisation par dépôt fondu (FDM): forme des pièces en extrudant des filaments (par exemple, ABS, PLA) à travers une buse chauffée, avec des coûts d'équipement relativement faibles. Prenant l'équipement Ultimaker S5 de qualité prototype couramment utilisé à titre d'exemple, lors de l'impression d'une pièce structurelle en plastique 300mm × 200mm × 100mm, la tolérance est généralement de ± 0,5% (avec une limite inférieure de ± 0,5mm), ce qui le rend plus approprié pour la fabrication de prototypes de vérification structurelle. Post-polissage est nécessaire pour les scénarios avec des exigences de haute précision.

Ces dernières années, les procédés hybrides ont progressivement surmonté la limitation de l'utilisation d'un matériau unique dans les technologies RP traditionnelles. Par exemple, l'imprimante FX10 de Markforged intègre les procédés de fabrication de filaments fusionnés (FFF) et de métal FFF-elle imprime d'abord une matrice plastique renforcée de fibres de carbone via FFF, puis incorpore des filaments métalliques et traite enfin la pièce selon une méthode «impression-déliante-frittage» en trois étapes. Ceci permet la fabrication des connecteurs aérospatiaux (par exemple, les parenthèses de train d'atterrissage d'UAV) qui combinent la force et les propriétés légères. Dans les applications d'une entreprise de soutien aérospatial à Shenzhen, ce type d'équipement a réalisé la fabrication intégrée de composants en petits lots (moins de 50 pièces), réduisant les heures de travail de 40% par rapport au processus combiné traditionnel de «impression plastique + traitement des métaux».