Introduction au moulage par injection et à l'impression 3D : Le point de vue d'un fabricant
En tant que fabricant spécialisé dans le moulage par injection, nous recevons souvent des demandes de pièces imprimées en 3D. Occasionnellement, nous nous occupons également de la production à petite échelle d'articles imprimés en 3D. Mais quels sont les avantages et les inconvénients de l'impression 3D par rapport au moulage par injection ? Et quand faut-il opter pour l'une ou l'autre de ces méthodes ? Cet article vise à répondre à ces questions sur la base de notre expérience et de nos connaissances.
Utilisations courantes de l'impression 3D :
Il y a généralement deux scénarios dans lesquels l'impression 3D est utilisée :
1. Assemblage de prototypes et vérification de la conception : Souvent, nous utilisons l'impression 3D pour produire une très petite quantité, généralement une seule pièce et parfois jusqu'à cinq. L'objectif principal est d'assembler des prototypes pour vérifier si la conception est réalisable ou pour créer un modèle de démonstration pour la présentation avant le lancement officiel du produit.
2. la production à petite échelle : il s'agit de produire des quantités allant de 50 à 150 pièces, bien que ces cas soient relativement rares.
Le choix de l'impression 3D pour une production à petite échelle est souvent motivé par le désir d'éviter les coûts initiaux du moule et de raccourcir le cycle de développement. Mais ce choix est-il toujours raisonnable ? Nous pensons qu'il est essentiel de tenir compte des limites des matériaux d'impression 3D en termes de performance, de durée de vie et de coût de production. Par ailleurs, le coût unitaire de l'impression 3D peut être élevé. Lorsque le volume de production atteint environ100 à 150 pièces, les coûts commencent à s'aligner sur ceux du moulage par injection. En outre, il existe des différences notables entre les deux méthodes en ce qui concerne la résistance des matériaux, la qualité de la surface et la durabilité.
Analysons ces aspects en détail :
Comparaison du calendrier de production
Impression 3D : Très efficace
Évaluation : ★★★★★
L'impression 3D est particulièrement efficace en termes de temps de production. L'équipement et les matériaux nécessaires à l'impression 3D étant préparés et fixés à l'avance, il suffit d'envoyer le fichier 3D au fabricant pour lancer la production. Ce processus nécessite moins de travail humain et de réglage des machines, la plupart des tâches étant automatisées et effectuées par les machines.
Le temps d'impression proprement dit peut prendre quelques heures seulement. Toutefois, il faut tenir compte du calendrier de production du fabricant et des délais potentiels entre les processus. Par exemple, de nombreuses pièces imprimées en 3D nécessitent un post-traitement, tel que le ponçage et le polissage, mais en général, l'ensemble du processus d'impression peut être achevé en 1 ou 2 jours.
Si les produits imprimés doivent être expédiés, le délai total entre la commande et la réception des échantillons est d'environ une semaine.
Le moulage par injection : La patience est de mise
Rating : ★★☆☆☆
Le délai pour le moulage par injection exige beaucoup plus de patience. La création de moules d'injection peut à elle seule prendre entre 4 et 6 semaines. La phase de conception du moule nécessite à elle seule 3 à 5 jours, car les points critiques doivent être examinés et éventuellement révisés pour que le moule puisse produire efficacement les produits de qualité souhaités.
Coûts d'investissement initiaux
Impression 3D : Rentabilité pour les petites quantités
Rating : ★★★★☆
L'impression 3D se démarque en ce qui concerne les coûts d'investissement initiaux, principalement parce qu'elle élimine la nécessité de produire des moules. Bien que le prix unitaire de l'impression 3D puisse être plus élevé, le coût global reste faible pour quelques pièces d'échantillonnage.
Il existe une large gamme de matériaux disponibles pour l'impression 3D. Le matériau le plus courant, la résine photopolymère, est relativement bon marché. Toutefois, les matériaux tels que le nylon et le PMMA transparent sont plus onéreux. L'utilisation de matériaux spécialisés tels que l'acier inoxydable ou la céramique peut faire grimper le prix encore plus haut, étant donné que l'équipement et les matériaux requis sont plus coûteux.
Moulage par injection : Des coûts initiaux plus élevés
Rating : ★★☆☆☆
Le moulage par injection nécessite un investissement initial important, principalement en raison du coût élevé de la production des moules. La plupart des moules d'injection coûtent entre $1,000 et $5,000, ce qui entraîne des dépenses initiales substantielles.
Temps de traitement et coûts unitaires dans la production de masse
Moulage par injection : Idéal pour la production à grande échelle
Évaluation : ★★★★★
Le moulage par injection est exceptionnellement efficace pour la production en masse de produits en plastique à l'aide de moules. Le temps de cycle pour différents produits dans le moulage par injection peut varier de quelques secondes à plus d'une minute. Grâce aux moules à plusieurs cavités, le temps de traitement par unité peut être encore réduit. Le moulage par injection est l'une des méthodes les plus efficaces et les plus rentables pour produire des formes complexes à grande échelle.
Impression 3D : Moins adaptée à la production de masse
Rating : ★★☆☆☆
L'impression 3D est plus lente à l'unité. Il faut généralement plusieurs heures pour produire un seul article. Par exemple, l'impression d'un objet simple comme un porte-crayon peut prendre plus de deux heures. Les pièces plus grandes nécessitent souvent 6 à 8 heures, ce qui est assez courant. Bien que les imprimantes 3D puissent être conçues pour produire plusieurs pièces simultanément, le temps alloué à chaque pièce reste relativement long. Par conséquent, le coût unitaire de l'impression 3D tend à être plus élevé, ce qui la rend moins adaptée à la production de masse.
Variété de matériaux disponibles
Moulage par injection : Un large éventail de choix
Évaluation : ★★★★★
Le moulage par injection offre un large éventail de matériaux, ce qui le rend très polyvalent en termes de sélection des matériaux. Il s'agit notamment des matériaux suivants
- Plastiques courants: ABS, polycarbonate (PC), polystyrène (PS), polypropylène (PP), polyéthylène (PE), etc.
- Plastiques techniques: Comme le nylon (PA), le polybutylène téréphtalate (PBT), le polyéther éther cétone (PEEK), etc.
- Plastiques spéciaux: Y compris les élastomères thermoplastiques (TPE), le caoutchouc thermoplastique (TPR), etc.
- Matériaux modifiés: Les modifications physiques et chimiques des matériaux résineux de base améliorent certaines propriétés, ce qui donne lieu à des milliers de types de plastiques dérivés. Les matériaux utilisés pour le moulage par injection sont donc beaucoup plus diversifiés que ceux utilisés pour l'impression 3D.
Matériaux d'impression 3D : Une croissance limitée
Rating : ★★★☆☆
La gamme de matériaux pour l'impression 3D s'élargit, mais elle est encore moins diversifiée que celle du moulage par injection. Les matériaux disponibles sont les suivants
- Thermoplastiques: PLA, ABS, PETG, TPU, Nylon (PA), etc.
- Résines photopolymères: Convient aux technologies SLA, DLP, avec une variété de types.
- Matériaux métalliques: Alliages de titane, acier inoxydable, alliages d'aluminium, alliages de cobalt et de chrome, etc.
- Matériaux composites: Y compris les plastiques renforcés de fibres de carbone et de fibres de verre.
- Matériaux à fonction spéciale: Comme le PMMA transparent, les matériaux conducteurs, les matériaux biocompatibles, etc.
- Matériaux céramiques: Utilisé pour les applications à haute température et à dureté élevée.
Il existe à ce jour plus de 200 types de matériaux d'impression 3D, ce qui est nettement moins que les matériaux disponibles pour le moulage par injection. En outre, de nombreux matériaux et leurs équipements de traitement ne sont pas encore largement disponibles. Les matériaux les plus courants et les plus facilement accessibles sont les suivants : les résines photopolymères, le nylon (avec ou sans fibre de verre), le PMMA (transparent) et le TPU (matériau élastique).
Comparaison de la résistance du moulage par injection et de l'impression 3D
Dans cette section, nous nous concentrons sur la comparaison des matériaux plastiques utilisés dans l'impression 3D avec ceux utilisés dans le moulage par injection. Nous ne prendrons pas en compte les matériaux d'impression métalliques en raison de leurs performances mécaniques supérieures, de leur durée de vie plus longue et de leur coût relativement élevé, ce qui les rend moins courants dans les applications générales.
La force
- Matériaux de moulage par injection: Rating : ★★★★☆
- En général, ces matériaux sont plus résistants car ils sont formés sous haute pression, ce qui permet d'obtenir une structure moléculaire plus dense. Les plastiques techniques, tels que le nylon renforcé et le PPS, peuvent avoir une résistance comparable à celle des alliages d'aluminium.
- Matériaux d'impression 3D: Rating : ★★☆☆☆
- La résistance des matériaux imprimés en 3D peut être plus faible, principalement parce que la plupart des techniques d'impression 3D construisent les objets couche par couche, ce qui affaiblit la liaison entre les couches. Bien que les Nylon imprimé par SLS est relativement solide, il reste nettement plus faible que le nylon renforcé moulé par injection.
Durabilité et durée de vie
- Matériaux de moulage par injection: Rating : ★★★★☆
- Ces matériaux offrent généralement une grande durabilité et conviennent aux applications à long terme et à usage répété.
- Matériaux d'impression 3D: Rating : ★★☆☆☆
- La durabilité et la durée de vie des matériaux imprimés en 3D peuvent être moindres, en particulier sous l'effet des contraintes mécaniques et des influences environnementales. Par exemple, les résines photopolymères peuvent subir une déformation permanente sous une pression modérée au fil du temps et se décolorer après plusieurs mois.
Résistance à la chaleur
- Matériaux de moulage par injection: Rating : ★★★★☆
- Des plastiques haute performance tels que le PEEK ou le PSU peuvent être sélectionnés pour leur excellente résistance à la chaleur.
- Matériaux d'impression 3D: Rating : ★★☆☆☆
- La résistance à la chaleur est généralement plus faible, en particulier pour les matériaux couramment utilisés tels que les résines photopolymères, le PLA et l'ABS. Toutefois, il existe des résines et des matériaux métalliques spécialisés pour les hautes températures.
Par exemple, un échantillon de nylon créé par impression 3D a développé des bulles visibles lorsqu'il a été peint et chauffé à 80-90 degrés Celsius.
Qualité de surface
La qualité de surface des produits fabriqués par moulage par injection et par impression 3D varie considérablement en raison de leurs processus de fabrication distincts et des caractéristiques des matériaux. Voici une comparaison des deux méthodes en termes de qualité de surface :
Qualité de surface des produits moulés par injection : Exceptionnelle
Évaluation : ★★★★★
- Douceur: Les pièces moulées par injection ont généralement une surface très lisse, car elles sont formées sous haute pression dans des moules de précision.
- Réplication détaillée: Capable de reproduire avec précision les détails du moule, y compris les textures et les motifs fins.
- Cohérence: Les produits issus de chaque cycle de production présentent une qualité de surface très homogène.
- Post-traitement: Ne nécessite généralement que peu ou pas de post-traitement, si ce n'est l'élimination des petites bavures sur les bords.
Qualité de surface des produits imprimés en 3D : Bonne avec des limites
Rating : ★★★☆☆
- Structure en couches: En raison de la construction couche par couche de l'impression 3D, les surfaces peuvent présenter une texture stratifiée, particulièrement visible à des hauteurs de couche plus élevées.
- Limites des détails: Bien qu'il soit possible d'imprimer des structures complexes, l'obtention de détails extrêmement fins et de surfaces très lisses peut s'avérer difficile.
- Cohérence: La qualité de la surface peut varier en fonction des paramètres d'impression, de l'orientation et des matériaux utilisés.
- Post-traitement: nécessite souvent un traitement ultérieur, tel que le ponçage, le polissage ou le lissage chimique, pour améliorer l'aspect de la surface.
Conclusion
Les produits moulés par injection surpassent généralement les produits imprimés en 3D en termes de qualité de surface, notamment en ce qui concerne la douceur et la précision des détails. Toutefois, les progrès de la technologie de l'impression 3D, en particulier la stéréolithographie (SLA) et le frittage sélectif par laser (SLS), ont considérablement amélioré la qualité de la surface, la rendant de plus en plus comparable aux normes traditionnelles du moulage par injection.
Flexibilité de la conception
Impression 3D : Une grande polyvalence
Évaluation : ★★★★★
- Modèles complexes: L'impression 3D excelle dans la réalisation de conceptions et de structures géométriques complexes, telles que des structures creuses, des canaux internes complexes et des détails fins. Elle permet de créer des designs qui ne sont pas réalisables avec les méthodes de fabrication traditionnelles.
Le moulage par injection : Contraintes techniques
Rating : ★★★☆☆
- Considérations relatives à la conception: Le processus de conception doit tenir compte de la manière dont le moule s'ouvrira et se fermera, dont les noyaux seront retirés et dont le produit sera éjecté du moule. Des facteurs tels que épaisseur de la paroi et les angles de dépouille jouent également un rôle crucial.
Facilité de modification de la conception
Impression 3D : Des ajustements sans faille
Évaluation : ★★★★★
- Ajustements du modèle: Modifier une conception en impression 3D est aussi simple que d'ajuster le modèle numérique, sans coût supplémentaire ni investissement de temps important. Cela permet une itération rapide à moindre coût.
Moulage par injection : Modifications difficiles et coûteuses
Rating : ★☆☆☆☆
- Ajustements des moules: Apporter des modifications à la conception d'un produit moulé par injection peut s'avérer un processus fastidieux. Dans de nombreux cas, il faut créer un nouveau moule, ce qui est à la fois long et coûteux.
Tableau comparatif entre l'impression 3D et le moulage par injection
| Critères | Impression 3D | Moulage par injection |
|---|---|---|
| Calendrier de production | ★★★★★ | ★★☆☆☆ |
| Coûts d'investissement initiaux | ★★★★☆ | ★★☆☆☆ |
| Efficacité de la production de masse | ★★☆☆☆ | ★★★★★ |
| Variété de matériaux | ★★★☆☆ | ★★★★★ |
| Solidité et durabilité des matériaux | ★★☆☆☆ | ★★★★☆ |
| Qualité de surface | ★★★☆☆ | ★★★★★ |
| Flexibilité de la conception | ★★★★★ | ★★★☆☆ |
| Facilité de modification de la conception | ★★★★★ | ★☆☆☆☆ |
Ce tableau sert de référence rapide pour comparer les principaux aspects de l'impression 3D et du moulage par injection, afin de mieux comprendre les points forts et les points faibles de chaque méthode.
Résumé
En résumé, l'impression 3D excelle en termes de flexibilité de conception, de rapidité de prototypage et de faibles coûts initiaux, ce qui la rend idéale pour les projets à petite échelle et personnalisés. <Le choix entre ces deux méthodes dépend des spécificités du projet, telles que le volume, le budget et la qualité souhaitée, chaque méthode offrant des avantages distincts adaptés aux différents besoins de fabrication.
