Connaissez-vous les concepts de fabrication additive et soustractive ? Le mode soustractif consiste à supprimer des matériaux pour obtenir la forme souhaitée, tandis que le mode additif consiste à construire la forme à partir de couches de matériaux. Ici, l’impression 3D et le moulage par compression sont deux méthodes de fabrication additive. Cependant, il existe plusieurs différences fondamentales entre l’impression 3D et le moulage par compression.
La différence réside principalement dans la vitesse de production, l’efficacité, la flexibilité de conception, la précision et les applications. De plus, nous examinerons les nuances de ces deux méthodes avec leur comparaison dans cet article.
Qu'est-ce que l'impression 3D ?
Il s’agit d’une technologie de fabrication additive qui crée des pièces ou des produits fonctionnels précis et complexes en empilant et en fusionnant des couches successives de matériaux. Ainsi, une imprimante 3D n’utilise pas de bloc de matière pour manipuler la forme. Au lieu de cela, la buse dépose le matériau couche par couche de bas en haut dans le lit d'impression selon le motif de tranche du motif téléchargé.
Pendant ce temps, le motif de tranche fait référence aux couches horizontales individuelles dans lesquelles un modèle CAO est divisé. Chaque tranche représente une zone transversale du modèle que l'imprimante suit pour déposer la couche de matériau.
De plus, vous pourriez avoir besoin d’éclaircissements avec plusieurs technologies d’impression 3D. Ils suivent le même principe fondamental. Cependant, ils présentent des différences dans leur mécanisme de fonctionnement, leur compatibilité avec les matériaux et leurs capacités d'impression. Voici les communs type d'impression 3D les technologies.
| Type | Matériel | Description/Fonctionnement | Avantages | Inconvénients |
| FDM (modélisation de dépôt fondu) | Thermoplastiques (ABS, PLA, Nylon) | Il fond et extrude le matériau filament couche par couche pour obtenir la forme finale. | Stabilité structurelle, faible coût, divers matériaux | Finition plus rugueuse et précision modérée |
| SLA (Stéréolithographie) | Résine photopolymère | SLA utilise un laser ultraviolet pour durcir la résine photopolymère dans un réservoir, créant ainsi des couches. | Haute précision, finitions lisses et création de modèles et de prototypes détaillés. | Choix de matériaux limité |
| SLS (Frittage Laser Sélectif) | Poudre de polymère (Nylon PA 12, nylon chargé de verre | Un faisceau laser fritte la poudre de matériau dans une chambre, souvent avec un gaz inerte pour empêcher l'oxydation. | Géométries complexes possibles | Délais de livraison plus longs et texture de surface rugueuse |
| DMLS (frittage laser direct des métaux) | Poudre métallique (divers alliages, aluminium, cuivre, nickel) | Le DMLA fusionne les particules de poudre métallique couche par couche avec un laser. | Imprime des pièces métalliques complexes et solides. | Coût élevé et choix de matériaux limités. |
Avantages de l'impression 3D
La fabrication par impression 3D est avantageuse pour plusieurs applications. Il offre une flexibilité de conception, des délais de livraison plus rapides, une personnalisation, etc. Voici l'élaboration des avantages typiques de l'impression 3D ;
Flexibilité et complexité de la conception
Si nous voyons les subtilités possibles de la conception avec le moulage par compression et l'impression 3D, une imprimante 3D crée des géométries et des contours très complexes. Il offre également plus de complexité que les méthodes conventionnelles comme l’usinage au tour CNC ou le moulage par injection. Elle ne restreint pas les sections creuses complexes, les contre-dépouilles et les treillis internes comme le fait la fabrication soustractive.
De plus, la capacité des formes complexes profite directement aux concepteurs. Ils peuvent créer des conceptions plus innovantes et plus complexes pour répondre aux besoins de fabrication. De plus, les concepteurs n'ont pas à prendre en compte les angles de dépouille, l'accès aux outils, l'uniformité de l'épaisseur, les grands assemblages et autres restrictions lors de la création de conceptions d'impression 3D. Il en résulte donc une flexibilité de conception ultime.
Prototypage rapide
La vitesse de production, la bonne précision et la rentabilité font de l’impression 3D une option fiable pour les projets de prototypage rapide. Le temps peut prendre de quelques minutes à plusieurs heures pour une pièce, selon la complexité et les matériaux imprimés en 3D. De plus, les coûts sont inférieurs avec Prototypage par impression 3D grâce à un coût d'outillage initial nul et à un processus de changement de conception facile.
Par exemple, vous pouvez rapidement prototyper et tester une nouvelle conception de drone avec les ajustements nécessaires à la volée grâce à des itérations d'impression 3D. Dans le même temps, cela peut prendre jusqu’à plusieurs mois avec d’autres méthodes.
Personnalisation et personnalisation
Les processus d’impression 3D impliquent une fabrication directe à partir de fichiers numériques et peuvent gérer des conceptions complexes. De ce fait, l’impression 3D permet de personnaliser des pièces et des produits en fonction de besoins spécifiques. Si vous avez une conception personnalisée (modèle 3D), vous pouvez la traduire dans la réalité physique avec des matériaux et un équipement d'impression appropriés.
Cette personnalisation est extrêmement bénéfique pour les applications médicales. Par exemple, l’impression 3D permet de fabriquer des implants sur mesure pour les patients.
Rentabilité pour la production en petits lots
La principale raison du faible coût des pièces imprimées en 3D dans la production en petits lots est qu’elles ne nécessitent pas d’installations de fabrication coûteuses comme des moules ou des outils. Parallèlement, d'autres approches, comme le moulage par injection, impliquent de lourds investissements initiaux dans les moules, ce qui conduit à un moulage par pièce plus élevé pour une production en petits lots ou en faible volume.
Par exemple, la production en petits lots de pièces en nylon nécessite d'abord un moule d'injection d'aluminium qui coûte au moins 10 0 $, alors que ce n'est pas le cas pour l'impression 00D.
Limites de l'impression 3D
Bien que l’impression 3D présente de nombreux avantages, elle présente certaines limites, telles que le choix des matériaux, la taille, la précision et la finition de surface. Discutons de chaque inconvénient individuellement.
Limites matérielles
Le choix de matériaux est plus restreint pour l’impression 3D que pour d’autres processus comme l’usinage CNC. En fait, il offre encore moins d’options dans le contexte de l’impression 3D par rapport au moulage par compression. Les machines d'impression 3D sont généralement compatibles avec les plastiques (ABS, PETG et TPU), les photopolymères et certains matériaux et métaux thermodurcis (acier, titane et aluminium).
Cependant, l’impression 3D a rapidement étendu ses capacités matérielles au-delà des thermoplastiques de base. De plus en plus de matériaux deviennent compatibles grâce aux innovations en science des matériaux et aux nouvelles technologies d’impression 3D.
Résistance et durabilité inférieures
À mesure que les imprimantes 3D convertissent la conception en ajoutant des couches de matériaux, la pièce finale compromet la résistance mécanique. Par exemple, les pièces FDM se délaminent ou sous-performent sous des contraintes sur des orientations particulières (normalement l'axe Z). De plus, les pièces peuvent perdre leurs propriétés d'origine telles que la dureté ou la résistance à la fatigue. Pour ces raisons, les pièces deviennent également moins durables.
Finition de surface et précision
Les pièces issues de l'impression 3D laissent des marques de couche visibles et parfois des résidus de matériau de support. Cela nécessite donc des post-traitements, comme le sablage, l’ébavurage ou encore l’usinage. La valeur Ra pour les pièces imprimées en 3D peut être aussi basse que 4 µm (environ).
Ensuite, elle est également moins précise que les autres technologies de fabrication populaires. L'impression 3D offre généralement une précision de ±0.2 mm, tandis que la CNC peut atteindre ±0.005 mm et ~±0.025 pour les pièces en caoutchouc moulées par compression.
Limites de taille
L'impression 3D présente des limites en termes de taille de pièce par rapport à d'autres processus comme le moulage par injection ou la découpe laser. La capacité de taille est limitée par le volume de construction et la taille du lit (chambre d'impression) des imprimantes 3D. Par exemple, l’impression 3D peut créer de longues pales d’éoliennes en raison de limitations de taille. Cependant, de grandes pièces sont possibles en assemblant les petits fragments individuels imprimés en 3D.
Qu'est-ce que le moulage par compression ?
Il s'agit d'un processus spécialisé de moulage de polymères qui crée la forme souhaitée en comprimant le matériau dans un moule fermé. Cette méthode de fabrication est populaire pour les composites thermodurcis aux propriétés supérieures.
Votre processus de moulage par compression exige un moule de compression multi-empreintes qui précise la géométrie négative de la forme souhaitée. Pendant ce temps, le moule se compose de deux moitiés (moitiés inférieure fixe et moitié supérieure mobile). Tout d’abord, une quantité pré-calculée de matériau est placée à l’intérieur de la cavité chauffée du moule, puis le moule est chauffé et compressé. Ici, la compression et le chauffage du moule forcent le matériau à s'écouler à travers la cavité et à la remplir.
Cependant, le réglage de la pression, de la température et du temps de durcissement appropriés est essentiel pendant la compression. Ensuite, l'ouverture du moule laisse apparaître la pièce solidifiée après refroidissement.
Avantages du moulage par compression
Voici les avantages bien reconnus du moulage par compression dans diverses applications de fabrication.
Efficacité de production à haut volume
Le volume de production constitue l’avantage le plus précieux, notamment lorsque l’on compare le moulage par compression et l’impression 3D. Une fois le moule réalisé, vous pouvez le réutiliser pour fabriquer des pièces identiques en grande quantité, jusqu'à plusieurs milliers de cycles. Cependant, la durée de vie d'un moule dépend du matériau du moule, de l'abrasivité de la charge et d'autres facteurs.
Cette efficacité de production en grand volume réduit considérablement le coût par pièce à long terme. En revanche, il n'y a pas de réduction du coût par pièce avec Production de masse d'impression 3D.
Excellente résistance et durabilité des pièces
Au lieu d'une structure couche par couche, les pièces moulées impliquent des formes structurelles compactes et comprimées. Ainsi, le moulage par compression offre une excellente résistance aux pièces. Par conséquent, il existe un faible risque de formation de vides, contribuant ainsi à l’excellente intégrité structurelle des pièces.
D’après recherche connexe, la résistance, la dureté, la résistance à la traction et l'élasticité des échantillons moulés par compression étaient supérieures à celles des pièces imprimées en 3D lors des tests.
Bonne finition de surface
Cette méthode de moulage permet de mouler des pièces avec un bon état de surface. En effet, la compression conforme le matériau étroitement aux surfaces du moule. Se conforme étroitement aux surfaces du moule. Il peut atteindre des valeurs Ra aussi basses que 0.1 micromètres (µm) avec des moules hautement polis et des conditions de traitement optimales. Parallèlement, la finition de surface de la paroi creuse est cruciale pour la finition lisse des composants moulés par compression.
Aptitude aux grandes pièces
La taille réalisable des pièces avec moulage par compression dépend de la taille du moule. Ainsi, vous pouvez créer des pièces plus grandes en concevant un moule approprié et en utilisant un tonnage à haute compression. Par exemple, le revêtement des ailes d'un avion est possible avec CM.
Par la suite, le pré-placement du matériau de charge dans le moule, au lieu d'utiliser des méthodes d'injection, facilite le moulage de grandes dimensions. La raison en est que la compression permet au matériau d'être réparti uniformément dans une grande cavité de moule sans les limitations imposées par les exigences de débit et de pression.
Limites du moulage par compression
Bien que le moulage par compression offre de nombreux avantages, il présente des limites en termes de flexibilité de conception, de coût d'outillage, de temps de production et de précision. Comprendre cette limitation peut vous aider à éviter d’éventuels défauts dans les pièces moulées finales et à prendre de meilleures décisions. Voici la description de chaque limitation ;
Complexité de conception limitée
Le moulage par compression est préférable pour les conceptions volumineuses et relativement simples. Ici, la flexibilité limitée de la conception est principalement due aux modèles de flux de matériaux dans les cavités complexes du moule à compression. Si les conceptions présentent des caractéristiques complexes telles que des angles inclinés intenses et de petits détails dans les coins, le flux de matériaux ne parvient pas à remplir ces cavités avec précision.
De plus, la limitation du débit de matière peut également emprisonner l'air comprimé, provoquant la formation de vides. D’un autre côté, les concepteurs bénéficient d’une grande liberté grâce à l’impression 3D.
Coûts d'outillage plus élevés
Si nous examinons le coût de l’outillage de l’impression 3D par rapport au moulage par compression, l’outillage du moule est considérablement élevé. Cela est dû au coût initial élevé du moule et des autres outils auxiliaires. De plus, de légères modifications dans les conceptions nécessitent à nouveau un investissement important dans le moule. À l’inverse, l’impression 3D n’implique pas de coûts d’outillage aussi élevés.
Temps de cycle plus longs
Le processus de moulage par compression a généralement un cycle plus long, même pour moulage par compression vs moulage par injection. Cela implique le préchauffage du moule et de la charge, le préchargement de la charge et un temps de durcissement relativement plus long, tous contribuant à un temps de production plus long. Par la suite, le processus d'élimination des bavures et des bavures de la surface moulée après la production ajoute également du temps.
Problèmes de qualité et de précision
Enfin, le moulage par compression du plastique a du mal à atteindre une précision et une qualité élevées comme les autres techniques de fabrication avancées. Ceci est préliminaire en raison d’un flux de matière moins uniforme que les autres méthodes de moulage. Ensuite, d’autres problèmes de qualité pourraient être le retrait et le gauchissement, puisque tous les matériaux thermodurcissables et thermoplastiques rétrécissent dans une certaine mesure pendant le refroidissement.
Concernant la précision, la tolérance du moulage par compression varie généralement de ±0.127 à ±0.508 mm. Ici, la tolérance varie en fonction de la qualité de la surface de la cavité du moule, des paramètres du processus et des propriétés du matériau de charge.
Différences entre l'impression 3D et le moulage par compression
Après avoir compris les avantages et les inconvénients de l'impression 3D et du moulage par compression, discutons d'une comparaison directe de ces processus sur différents aspects.
Sélection des matériaux
La sélection des matériaux est la base des propriétés finales et de la fonctionnalité de la pièce finale, quelle que soit la méthode de fabrication. Ainsi, avoir plus d’options de matériaux signifie plus de chances d’obtenir le matériau qui répond exactement à vos besoins.
| Type d'ouvrage | 3D Printing Materials | Matériaux de moulage par compression |
| Plastiques thermodurcissables | Presque non, dans très peu de scénarios spécialisés | Époxy, phénolique, polyester, vinylester, mélamine |
| Thermoplastiques | ABS, PLA, PETG, TPU, nylon, PEEK, PC | Polyéthylène (PE), polypropylène (PP), nylon (polyamide), polycarbonate (PC), acétal (POM) |
| Matériaux composites | PLA renforcé de fibre de carbone, nylon renforcé de fibre de verre, PLA chargé de bois, PLA chargé de métal, nylon chargé de Kevlar | Plastique renforcé de fibres de verre (GFRP), plastique renforcé de fibres de carbone (CFRP), composé de moulage en feuille (SMC), composé de moulage en vrac (BMC), thermodurcissable renforcé de fibres |
| Les métaux | Titane, Aluminium, Inconel, Cuivre, Or, Argent | Dans très peu de scénarios |
Vous pouvez trouver plus d’options de matériaux pour l’impression 3D que pour le moulage par compression. Cependant, vous devez tenir compte du coût, de vos exigences, des spécifications de conception et de l'utilisation prévue des pièces finales tout en comparant le matériau compatible avec les deux méthodes.
Comparaison des coûts pour différentes échelles de production
Le coût de l’impression 3D par rapport au moulage par compression dépend fortement du volume de production. Le coût élevé du moulage par compression le rend moins coûteux à mesure que le volume de production augmente. Pendant ce temps, l’impression 3D ne permet pas une réduction significative des coûts de production avec une production à grande échelle.
| Échelle de production | Impression 3D | Moulage par compression |
| Prototypage | Faible coût (aucun moule requis) | Coût élevé (moules requis) |
| Petit lot | Coût modéré | Coût élevé en raison de l'investissement initial dans le moule |
| Volume moyen | Coût élevé en raison d’une vitesse de production plus lente | Coût modéré (Amortissement du coût du moule) |
| Volume élevé | Coût élevé | À bas prix |
Ensuite, les coûts augmentent dans le moulage par compression avec des complexités car il nécessite un moule plus complexe et réduit le temps de cycle. En revanche, le coût pourrait ne pas augmenter avec des conceptions d’impression 3D complexes. Étant donné que l’utilisation des matériaux représente une part importante du coût global, le coût peut être réduit si les pièces complexes nécessitent moins de volume de matériaux pour l’impression 3D.
Rapidité et efficacité dans la production
L'impression 3D est un processus moins rapide que le moulage, sauf pour les projets de prototypage. Le moulage par compression prend beaucoup plus de temps lors du prototypage en raison des dispositions en matière de fabrication de moules et d'outillage. Cependant, les machines de moulage par compression passent immédiatement au cycle suivant après refroidissement du moule. Ainsi, la vitesse de moulage par compression est simplement limitée dans le prototypage et la production en petits lots.
Par la suite, l’efficacité de l’impression 3D diminue à mesure que le volume de production augmente. Cependant, il est très efficace pour produire des composants complexes sans coûts supplémentaires. D’un autre côté, le moulage par compression excelle en termes d’évolutivité. Elle peut fabriquer des milliers, voire des millions d’unités cohérentes à un coût relativement faible.
Qualité et durabilité des produits finis
Tout d’abord, nous comparerons la qualité du moulage par compression et de l’impression 3D. La qualité structurelle des pièces moulées est supérieure à celle des pièces imprimées en 3D. Tout cela est dû à leur processus de formation. L'approche de construction de couches d'une imprimante 3D réduit la résistance structurelle de la pièce, tandis que la pression pendant le moulage par compression rend les pièces structurellement intactes. Par conséquent, la qualité de finition de la surface imprimée diffère selon la méthode d'impression. Par exemple, les impressions FDM affichent des lignes de couche et nécessitent une finition supplémentaire, tandis que la méthode SLA produit des surfaces plus lisses. Parallèlement, le moulage par compression offre une finition homogène et plus lisse.
De plus, lesquels sont les plus durables ? La réponse est celle moulée par compression. Cela est dû à l’uniformité du matériau et aux effets de la chaleur et de la pression pendant le durcissement. D’un autre côté, les structures en couches introduisent des vulnérabilités dans le produit d’impression 3D.
Flexibilité de conception
Comme mentionné précédemment, l’impression 3D offre plus de flexibilité de conception que la technique de moulage par compression. La fabrication de moules est en soi un processus complexe, et souvent l'usinage ne prend pas en charge les conceptions aux géométries internes complexes. Pendant ce temps, l’impression 3D ne présente pas de telles limitations.
Voici la liste des fonctionnalités que l’impression 3D peut prendre en charge, mais pas par moulage par compression.
- Contre-dépouilles complexes
- Poches profondes et petites
- Pièces à épaisseur de paroi très variable
- Motifs de surface complexes
- Arêtes vives, etc.
Aptitude à diverses industries et applications
Étant donné que le moulage par compression peut transformer des caoutchoucs et des élastomères en pièces élastiques solides et durables, les joints d'étanchéité et les joints d'étanchéité sont les deux applications les plus courantes. D’un autre côté, l’impression 3D est parfaitement adaptée au prototypage et à la fabrication sur mesure.
| Industrie/Application | Exemples d'impression 3D | Exemples de moulage par compression |
| Industrie aerospatiale | Injecteurs de carburant pour moteurs à réaction, supports pour composants de satellites, pièces de drones et divers prototypages. | Moins populaire, plafond pour avion |
| Automobile | Conduits de refroidissement, composants de tableau de bord personnalisés, prototypage de pièces de carrosserie et composants intérieurs | Joints et joints d'étanchéité, tuyaux et courroies en caoutchouc et composants amortisseurs de vibrations. |
| matière de soins de santé | Modèles chirurgicaux personnalisés, couronnes et ponts dentaires, membres prothétiques personnalisés, etc. | Composants pour équipements médicaux durables, joints pour conteneurs de laboratoire, masques en silicone, etc. |
| Produits de consommation | Étuis pour smartphone, chaussures sur mesure, jouets et bien plus encore. | Boîtiers de montres et poignées antidérapantes pour outils et équipements sportifs, contenants hermétiques pour le stockage des aliments |
| Electronique | Boîtiers sur mesure, prototypage divers | Boutons et claviers pour télécommandes, composants d'éclairage extérieur durables, boîtiers isolants pour connecteurs |
Comment faire le bon choix entre le moulage par compression et l’impression 3D ?
Il existe plusieurs considérations pour décider quelles méthodes répondent à vos besoins entre l'impression 3D et le moulage par compression. Cela dépend principalement du volume de production, de la complexité de la conception, de la taille des pièces et du coût. Par exemple, la fabrication par impression 3D convient à la production de pièces personnalisées de petite taille et en faible volume. En revanche, le moulage par compression excelle dans la production de composants de grande taille en volume plus élevé.
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