L'impression 3D remplacera-t-elle le moulage par injection ?

L'impression 3D remplacera-t-elle le moulage par injection ? C'est un débat qui a fait couler beaucoup d'encre ces derniers temps. Avec les progrès de la technologie de l'impression 3D, certains affirment que ce n'est qu'une question de temps avant que la fabrication additive ne remplace le moulage par injection du plastique conventionnel.

Dans cet article, j'analyserai les capacités des deux procédés afin de déterminer si l'impression 3D peut réellement remplacer définitivement le moulage par injection.

Impression 3D et moulage par injection

En tant qu'habitué fabricant de moulage par injection de matières plastiquesJe n'ai pas de connaissances techniques approfondies sur les processus de fabrication par impression 3D.

J'ai donc contacté John Smith, fondateur de l'association Impression 3D ACMEpour connaître son point de vue.

Il me l'a dit : "L'impression 3D a beaucoup progressé ces dernières années. Mais le moulage par injection conserve des avantages clés en termes de coût, de qualité et de capacité de production."

Si l'impression 3D est idéale pour le prototypage rapide et les pièces personnalisées, le moulage par injection est roi lorsque vous avez besoin de plus de 100 000 pièces identiques en plastique.

Toutefois, certains éléments indiquent que l'impression 3D pourrait bientôt rattraper son retard :

1. Évolutivité - Les principales entreprises d'impression 3D, telles que Carbon, développent des systèmes à l'échelle de la production capables de rivaliser avec le moulage par injection.
2. Coûts - Le coût par pièce de l'impression 3D diminue. Et si l'on tient compte des frais généraux des systèmes de moulage par injection, le point de convergence se rapproche.
3. Matériaux - Les nouveaux matériaux d'impression 3D avancés offrent des propriétés mécaniques comparables à celles des plastiques moulés par injection.
4. Complexité de la conception - L'impression 3D permet de réaliser des géométries complexes que le moulage par injection ne peut tout simplement pas reproduire.

Ainsi, si le moulage par injection conserve l'avantage pour l'instant, les progrès des technologies d'impression 3D pourraient le remplacer à l'avenir.

Comparaison entre le moulage par injection et l'impression 3D

Pour obtenir une image équilibrée, comparons certains des principaux attributs du moulage par injection et de l'impression 3D :

Évolutivité

Le moulage par injection est roi lorsqu'il s'agit d'échelle. L'ensemble du processus est optimisé pour la production en série - vous pouvez facilement créer des centaines de milliers de composants identiques.

L'impression 3D est traditionnellement réservée aux prototypes et aux petites séries. Mais cela évolue...

Prenons l'exemple des systèmes Multi Jet Fusion de HP. Leur enveloppe de travail de 380 x 284 x 380 mm peut produire jusqu'à 80 000 cm3 par heure, ce qui n'est pas loin de certaines installations de moulage par injection.

L'énorme volume de construction de 190x315x330 mm de Carbon permet de créer plus de 500 000 pièces par an grâce à son processus DLS ultrarapide.

Ainsi, si le moulage par injection l'emporte pour l'instant en termes d'échelle, certains systèmes d'impression 3D sont en train de rattraper leur retard.

Durée du cycle

Le temps de cycle mesure le temps nécessaire à la création de chaque pièce. Et les ratios du moulage par injection sont difficiles à battre.

Pour des pièces simples, le moulage par injection peut produire plus de 20 pièces par minute avec certains systèmes haut de gamme.

En revanche, examinons Origin One by Origin :

• 165 pièces par jour
• Fonctionnement sur 24 heures = 165 pièces
• 60 minutes par heure = 1 pièce toutes les 22 minutes

Ainsi, pour les composants de base, le temps de cycle favorise le moulage par injection. Toutefois, la complexité des pièces joue également un rôle...

Complexité de la conception

Lorsqu'il s'agit de géométries complexes, l'impression 3D a un avantage certain.

Le processus de construction couche par couche utilisé dans l'impression 3D permet de créer presque n'importe quelle forme.

Le moulage par injection nécessite des moules - la conception des pièces doit donc permettre de libérer facilement les pièces finies.

Les contre-dépouilles, les caractéristiques négatives et les détails très fins ne fonctionnent tout simplement pas. Si c'est le cas, vous paierez cher pour des moules en plusieurs parties et des processus de nettoyage après le moulage.

En supprimant ces restrictions, l'impression 3D permet de créer des objets impossibles à réaliser autrement.

Ainsi, pour les pièces de pointe utilisant des réseaux complexes décentralisés et des formes creuses complexes, l'impression 3D l'emporte.

Coût partiel

Le facteur le plus important est sans doute le suivant : combien coûte la fabrication de chaque pièce ?

En raison des coûts élevés de l'outillage, le moulage par injection n'est rentable qu'à partir d'un volume élevé, généralement de plus de 10 000 pièces. Pour les petites séries, les coûts sont prohibitifs.

L'impression 3D, en revanche, a un seuil de rentabilité beaucoup plus bas. En fait, elle peut être plus rentable pour des lots de 50 à 5 000 pièces.

Supposons que vous ayez besoin de 500 petits gadgets par an.

• Moulage par injection - L'usinage du moule coûterait plus de $10-20k. Il faut ensuite acheter une machine de moulage par injection (plusieurs dizaines de milliers de dollars) et s'approvisionner en granulés de plastique.
• Impression 3D - Aucun coût d'outillage. Il suffit de concevoir la pièce et de l'envoyer à un bureau d'impression 3D de production comme Protolabs.

Même si le coût unitaire de l'impression 3D est plus élevé, les dépenses totales favoriseront probablement l'impression 3D pour ces lots de taille moyenne.

Et comme les techniques additives avancées telles que le CLIP réduisent les coûts des matières premières, le point de passage où l'impression 3D l'emporte devient encore plus étroit.

Finition de la surface

Le moulage par injection, même sans polissage des moules, permet d'obtenir des finitions de surface extrêmement lisses jusqu'à 0,5 Ra et moins.

Le processus de stratification par fusion de l'impression 3D conduit intrinsèquement à des lignes d'escalier visibles sur les surfaces inclinées. La plus petite hauteur de couche commerciale d'environ 0,025 mm laisse une texture granuleuse.

Ainsi, les pièces nécessitant une finition de surface très fine - comme les lentilles ou les optiques réfléchissantes - ne peuvent actuellement pas tirer parti de l'impression 3D.

Cela dit, des techniques telles que le lissage chimique appliqué après le processus de construction peuvent réduire considérablement la visibilité des couches.

Précision et tolérances

Là encore, le moulage par injection présente un avantage par rapport à la plupart des techniques d'impression 3D lorsque des tolérances inférieures à 50 microns sont nécessaires.

Les moules métalliques usinés peuvent produire des pièces avec une précision de ±0,005 mm (±0,0002″). De plus, la répétabilité d'un composant à l'autre bat la fabrication additive.

Cependant, certaines méthodes d'impression 3D permettent également d'obtenir des détails fins. Par exemple, CLIP se targue d'une précision de ~10 μm, tandis que le binder jetting (~15 μm) impressionne également.

Ainsi, si le moulage par injection dépasse largement l'impression 3D pour les besoins d'ultra-haute précision, certains procédés additifs peuvent égaler la précision plus simple du moulage par injection.

Choix des matériaux

Avec plus de 30 000 qualités disponibles, le moulage par injection offre le plus grand choix de matériaux. Les résines standard couvrent le PP, le PE, le POM, le PC et d'autres encore, souvent modifiées par des additifs personnalisés.

Les polymères destinés à l'impression 3D sont actuellement au nombre de 100 environ. Mais de nouvelles formulations apparaissent régulièrement - le PEEK et le PEKK haute température montrent le potentiel de la fabrication additive.

La gamme s'étend du filament TPU flexible pour FDM à la résine somos pour la stéréolithographie, en passant par les polymères liquides optimisés CLIP. Le choix des matériaux s'élargit chaque année.

Les composites tels que la fibre de carbone continue mélangée au PEKK et au PEEK améliorent encore les performances mécaniques.

D'une manière générale, c'est le moulage par injection qui offre le plus grand choix de matériaux. Mais comme les polymères et les composites additifs avancés comblent le fossé, l'impression 3D pourrait bien le rattraper d'ici peu.

L'impression 3D va-t-elle complètement supplanter le moulage par injection ?

Dans un avenir proche, je ne vois pas l'impression 3D supplanter complètement le moulage par injection. Voici pourquoi :

Des milliards de pièces

Pour les applications à très haut volume (des milliards de pièces par an), la fabrication additive n'est pas encore compétitive.

Les principaux systèmes de Carbon et HP impriment au mieux des centaines de milliers de composants par an.

Toutefois, les usines chinoises produisent de multiples millions de pièces par jour sur des dizaines de milliers de machines de moulage par injection.

Ainsi, malgré les progrès réalisés, le moulage par injection à grande échelle pour les pièces destinées au marché de masse reste inégalé.

Applications de niche

Certaines applications reposent sur des propriétés que seul le moulage par injection permet actuellement d'obtenir.

Par exemple, du point de vue de John, les composants médicaux utilisant des résines spécialisées sont difficiles à recréer par impression 3D.

Et les lentilles optiques atteignant des valeurs d'Abbe qui ne sont possibles qu'avec des acryliques et des polycarbonates moulés par injection ne peuvent pas encore passer à la fabrication additive.

Il ne fait donc aucun doute que le moulage par injection spécialisé sert encore des niches critiques que l'impression 3D en développement n'a pas encore réussi à reproduire.

Chaîne d'approvisionnement omniprésente

Le moulage par injection bénéficie d'un écosystème vaste et bien établi. De la capacité des presses aux chaînes d'approvisionnement en matériaux de confiance, en passant par le traitement secondaire.

La fabrication additive ne peut pas encore accéder à l'échelle de l'infrastructure. Les goulets d'étranglement dans l'approvisionnement des imprimantes, des résines, de la finition et de l'inspection des pièces limitent le taux d'expansion.

Cela ne veut pas dire que l'écosystème de la chaîne d'approvisionnement n'évolue pas rapidement. Mais il a encore des décennies de retard sur les réseaux de moulage par injection construits depuis près de 100 ans.

Ainsi, jusqu'à ce que les canaux de distribution des matériaux polymères et la capacité de production des systèmes augmentent de manière exponentielle, le moulage par injection conserve sa position dominante dans la chaîne d'approvisionnement.

Le verdict : Coexistence et non déplacement

Après avoir comparé les paramètres clés concernant l'échelle, le coût, la vitesse, la qualité et les capacités, la conclusion est claire.

En 2024 et dans un futur proche, l'impression 3D n'est absolument pas un problème. pas remplacer entièrement le moulage par injection.

Les deux plates-formes de fabrication sont complémentaires.

C'est John qui résume le mieux la situation :

"L'impression 3D permet de nouvelles conceptions impossibles à réaliser avec le moulage par injection. Et les techniques additives offrent une plus grande flexibilité dans les volumes de production."

"Mais pour la fabrication en série de milliards de pièces de haute qualité, en s'appuyant sur des matériaux et des chaînes d'approvisionnement bien établis, le moulage par injection continue de régner en maître.

Ainsi, plutôt que de considérer les technologies additives comme une usurpation des techniques traditionnelles, il est préférable de reconnaître les atouts de chacune d'entre elles.

Dans cette perspective, l'impression 3D et la fabrication de moulage par injection continue à faire progresser l'industrie dans l'avenir.

Imaginez les innovations possibles en appliquant chaque technologie là où elle fonctionne le mieux !

L'avenir de la fabrication

Je suis convaincu que la fabrication additive et le moulage par injection ont tous deux un avenir prometteur.

Comme l'a suggéré John, la modélisation hybride combinant les deux techniques est l'endroit où les choses deviennent vraiment intéressantes.

Attendez-vous à de nouvelles applications stupéfiantes :

• Moules d'injection imprimés en 3D - permettant de créer des canaux de refroidissement complexes et conformes, impossibles à réaliser avec l'usinage CNC
• Résines d'impression 3D moulées par injection - apporter une plus grande précision et des polymères innovants à la fabrication additive
• Agents de démoulage imprimés en 3D pour le moulage par injection - révolutionner les surfaces nano-structurées pour réduire les forces de démoulage
• Processus secondaires d'impression 3D - permettant la finition de masse comme la tampographie de pièces moulées par injection sur des bases spécifiques au client

Et ces techniques de croisement ne sont qu'un début...

La synergie possible en combinant les aspects du moulage par injection et de l'impression 3D est peut-être à l'origine des innovations les plus passionnantes que notre industrie connaîtra dans les années à venir.

Oubliez donc d'essayer de prédire si l'impression 3D remplacera purement et simplement le moulage par injection.

L'avenir est à l'intégration et non au déplacement.

C'est en combinant ces deux technologies que nous découvrirons la prochaine révolution manufacturière.

L'impression 3D remplacera-t-elle le moulage par injection ?

En conclusion, l'impression 3D progresse à grands pas pour concurrencer le moulage par injection sur de nombreux fronts.

Pour la production en petite série, les pièces très complexes et les scénarios de fabrication de ponts, l'impression 3D est probablement la solution la plus appropriée. déjà supplante aujourd'hui les capacités du moulage par injection. Toutefois, pour la fabrication en série de milliards de pièces de haute précision à faible coût, le moulage par injection reste dominant (pour l'instant !).

Plutôt qu'un face-à-face entre les deux méthodes, je prévois des stratégies hybrides où l'impression 3D et le moulage par injection compléter les uns les autres pour les années à venir.

Donc non - sur la base des tendances actuelles, l'impression 3D ne remplacera certainement pas totalement le moulage par injection dans un avenir prévisible. Mais compte tenu des trajectoires de développement actuelles, tout est possible à long terme...