Comment choisir les options les plus abordables pour votre projet en impression 3D

Choisir la bonne technologie d’imprimerie 3D et les matériaux au meilleur coût pour votre projet : voici en résumé quels sont les facteurs à prendre en compte.
3D printed parts - FDM-MJF

L’impression 3D est une solution rapide et rentable, qui permet, en une seule étape et juste à partir d’un modèle 3D virtuel, de fabriquer n’importe quel produit, qu’il s’agisse d’un prototype ou d’une pièce mécanique en série. Grâce à cette technologie, même les concepts les plus complexes peuvent être réalisés relativement facilement, comparée à d’autres méthodes d’usinage plus conventionnelles. Cet article vous donnera les clés pour choisir votre technologie d’impression 3D et vos matériaux au meilleur coût, parmi toutes les options disponibles chez Xometry.

Quels sont les facteurs ayant une incidence sur le coût de l’impression 3D ?

Avant de choisir la solution d’impression la plus abordable en termes de coût, il est capital d’avoir une bonne compréhension de tous les facteurs pouvant influencer le montant de la facture. On peut citer notamment : le concept en lui-même, les matériaux utilisés, les finitions, les quantités et la date de livraison attendue. Tous ces facteurs sont décrits ci-dessous dans le détail.

Le concept

La conception du modèle 3D de la pièce mécanique à imprimer constitue le facteur prédominant qui aura la plus grande incidence sur le coût final de votre projet. C’est pourquoi il est important de bien prendre en compte les éléments suivants afin de mieux maîtriser vos frais.

La géométrie

Sans surprise, la taille de l’objet à imprimer a une grande influence sur le coût de l’impression. Ce dernier est en effet proportionnel à la taille en question : plus grand est l’objet, plus importante est la quantité de matériau nécessaire à l’impression, ce qui entraîne de facto une augmentation des coûts. De plus, un objet volumineux nécessitera des cycles d’impression plus longs, ce qui aura aussi tendance à gonfler les coûts. D’une façon générale, le prix d’une impression en 3D est proportionnel au volume occupé par l’objet sur le plateau de l’imprimante ; par conséquent, il est possible de réduire le coût global de la pièce en modifiant certains de ses aspects de façon à la rendre plus compacte, sans toutefois affecter son échelle.

L’épaisseur des parois

La résistance de l’objet imprimé dépend pour beaucoup de l’épaisseur des parois qui le composent. Cependant, dans une optique de réduction des coûts, pensez à vérifier si certaines parties ne peuvent pas être amincies. Rappelons toutefois qu’il est fortement déconseillé de réaliser des parois trop fines : à titre d’exemple, dans le cadre de l’impression FDM, l’épaisseur minimale recommandée est de 1,2 mm. On peut descendre jusqu’à 0,7 mm pour l’impression SLS, ces exigences variant en fonction des matériaux utilisés (en raison des variations sur les propriétés mécaniques). Des parois plus fines prennent moins de temps à être imprimées, ce qui diminue les coûts.

D’un autre côté, cela peut également provoquer des écarts, fragiliser certains éléments, voire même entraîner leur disparition. Par conséquent, l’épaisseur des parois doit être avant tout décidée sur la base de la géométrie de la pièce et de son application finale.

Imprimer en creux

Imprimer une pièce en creux constitue en effet une méthode effective pour diminuer les coûts, car cela se traduit par une quantité moindre de matériau utilisée. De plus, cela permet également de diminuer le poids total de l’objet. En revanche, il faut considérer l’impact que cela peut avoir sur la résistance de la pièce. En définitive, il revient au concepteur de décider quelles parties de la pièce peuvent être imprimées en creux, et quelles parties doivent être imprimées en bloc. Généralement, cela dépend de l’usage final auquel la pièce est destinée.

L’épaisseur des couches

Une imprimante 3D fonctionne habituellement en construisant l’ouvrage une couche après l’autre. L’épaisseur de couche constitue la hauteur d’une seule de ces couches. En augmentant cette épaisseur, la surface imprimée peut présenter comme un effet « d’escalier », ce qui la rendra moins lisse. À l’inverse, une diminution de l’épaisseur des couches améliorera le rendu de surface (haute définition) mais aura un impact négatif sur les coûts, car des couches plus réduites augmenteront le temps nécessaire à l’impression.

Les structures de maintien

En impression 3D, les structures de maintien ne font pas partie du produit final, mais sont utilisées pour fournir au modèle un support durant l’impression. Une fois cette dernière achevée, il faudra encore retirer ces structures avant que la pièce ne soit prête. Comme dans toutes productions, l’ajout d’une tâche se traduit immanquablement par des coûts supplémentaires, coûts qui peuvent aussi être affectés par la quantité de matériau utilisée pour ces mêmes structures. Par exemple, en FDM les structures de maintien sont obligatoires, ce qui n’est pas le cas en SLSou en MJF. Il est possible de réduire ces structures, et donc les frais de matériau associés, en optimisant le modèle par l’ajout d’angles autoportants (habituellement de 45 degrés ou plus). 

Les matériaux

Le type de matériau utilisé pour produire la pièce joue un rôle crucial dans l’estimation des coûts. Si vous vous bornez au matériau le plus abordable, un simple photopolymère comme le polyamide (PA) ou l’époxy constitueraient les meilleurs candidats. Si votre projet présente des contraintes fonctionnelles plus strictes (forte résistance, surface lisse, résistance à la chaleur…), l’exercice peut rapidement devenir beaucoup plus onéreux.

Par exemple, des résines comme le polycarbonate, naturellement dotées d’une bonne résistance à la chaleur et à la corrosion, habituellement utilisées dans la stéréolithographie (SLA), sont connues pour être chères. À l’inverse, le polyamide, utilisé en FDM et MJF, reste un matériau beaucoup plus raisonnable en termes de prix, mais qui demeure également très résistant, léger et adapté à un large éventail d’applications. D’où la nécessité de savoir à l’avance quelles propriétés seront nécessaires afin de pouvoir faire le meilleur choix.

Les traitements post-usinage et finitions

Une fois l’impression terminée, il est possible d’avoir recours à différents traitements post-usinage, en fonction du niveau de sophistication désiré pour la pièce imprimée. En effet, la texture brute de la pièce telle quelle peut ne pas être adaptée à son application finale. Dans ce cas, un polissage pourra être appliqué afin de débarrasser le produit de ses imperfections, procédé relativement commun pour les thermoplastiques et certaines résines. Retirer les structures de maintien et personnaliser la pièce au moyen de différentes couleurs est aussi une procédure assez répandue.

Sachant que toutes les technologies d’impression 3D ne sont pas forcément capables d’ajouter de la couleur au cours de l’impression, il reste la possibilité (onéreuse) de teindre ou de peindre la pièce. La liste de tous les travaux de finition exigés va de pair avec l’usage auquel la pièce est destinée. On pourra mentionner : l’application d’un vernis ou le microbillage (pour les pièces métalliques). Quoi qu’il en soit, tous ces procédés demandent un travail supplémentaire, ce qui entraîne fatalement des coûts surnuméraires.

Les quantités

L’une des options permettant de réduire les coûts de l’impression 3D consiste à prendre cette dernière comme une technique de fabrication industrielle standard, une sorte d’alternative aux procédés conventionnels. À titre d’exemple : une production en gros de la même pièce, pour 20 unités, aura un impact significatif sur le prix, par rapport à une pièce unique. Il en résulte une flexibilité accrue sur les coûts, que l’on pourra réduire de près de 80% par rapport au coût unitaire initial.

Les délais de livraison

Les délais de livraison ont également un impact non négligeable sur le coût des pièces. Si ces dernières doivent être fabriquées immédiatement, le travail supplémentaire et la livraison en express se verront sur la facture.

Technologies d’impression 3D abordables chez Xometry

Si vous avez l’intention de produire des pièces imprimées en 3D à des prix raisonnables, nous vous conseillons l’une des trois technologies suivantes : le dépôt de fil fondu (FDM), le frittage sélectif par laser (SLS) ou le multi-jet fusion de HP (HP MJF). Toutes ces technologies ont l’avantage de produire des pièces de grande qualité à des prix abordables.

Comparons un instant ces trois technologies, avec comme référence le modèle suivant.

Dépôt de fil fondu (FDM)

FDM est l’une des technologies les plus populaires et les moins onéreuses. Elle fonctionne en déposant, de façon sélective et selon un chemin prédéterminé, du matériau en fusion, une couche après l’autre. Les matériaux utilisés sont des polymères thermoplastiques, conditionnés sous forme de filaments (comme des fils très fins).

Matériaux : filaments thermoplastiques (ABS, Nylon, Polycarbonate, PEEK, etc…)

 Avantages:

  • La possibilité de réaliser des ouvrages de grande taille, avec peu  de post-usinage nécessaire
  • Un large choix de couleurs et d’options
  • Rapide
  • Peu coûteux comparé à d’autres procédés

 Inconvénients:

  • Les structures de maintien laissent des marques une fois retirées
  • Peut laisser passer de petits détails
  • Surface rugueuse, en « escalier »

En admettant que notre modèle de référence soit imprimé en FDM, en utilisant deux thermoplastiques pour l’exemple : ABS et ULTEM 9085 HP TP, le premier étant le matériau le moins cher et le plus utilisé, et le dernier étant une alternative plus rarement utilisée et dotée de meilleures propriétés mécaniques.

Matériau Coût dans le cas d’une pièce unique Prix unitaire dans le cas d’une commande de 20 pièces
ABS 22,18€ 22,15€
ULTEM 9085 HP TP 106,1€ 93,02€

On peut voir dans le tableau ci-dessus que, dans les deux cas, une production en gros permet de réduire le coût global de la pièce. À noter que les prix présentés ici ne concernent que la livraison standard. Dans le cadre d’une livraison express, les coûts seront largement plus élevés.

Frittage sélectif par laser (SLS)

Le frittage sélectif par laser (SLS) est l’une des technologies d’impression 3D les plus populaires. Elle permet de produire des pièces d’une haute exactitude et d’une grande durabilité, parfaites pour un usage direct en application finale, dans le cadre d’une production à volumes faibles ou intermédiaires, voire pour du prototypage rapide. Bien que cette technologie soit connue pour produire des pièces avec un haut niveau de détails et une répétabilité quasi-parfaite, elle reste l’une des options les plus abordables dans le cadre des services d’impression 3D industrielle, principalement pour sa capacité à imprimer les pièces en gros, sans structures de maintien. 

Matériaux : poudres thermoplastiques (ex. : PA 12, TP)

Avantages :

  • Peu couteux
  • Grande liberté de conception
  • Durable, versatile, flexible et résistant à la corrosion (nylon)
  • Rapide et facile à transférer sur une grande échelle

Inconvénients :

  • Grain de surface
  • Tendance aux déformations et au fluage sur les gros éléments
  • Peu de couleurs disponibles

En admettant que notre modèle de référence soit imprimé en SLS, en utilisant deux thermoplastiques pour l’exemple : le nylon PA 12 et le Flex TPU M95A PU, on aboutit au tableau de comparaison suivant :

Matériau Coût dans le cas d’une pièce unique Prix unitaire dans le cas d’une commande de 20 pièces
Nylon PA 12 79,72€ 57,77€
Flex TPU M95A PU 121,76€ 109,86€

Multi Jet Fusion (MJF)

La technologie multi-jet fusion de HP est une technologie d’impression 3D très puissante et peu onéreuse, capable de produire à grande vitesse des pièces durables et d’une grande exactitude. Comparée à d’autres technologies, sa vitesse est stupéfiante et les pièces produites sont bien adaptées pour un usage direct en application finale, dans le cadre d’une production à volumes faibles ou intermédiaires, voire pour du prototypage rapide ou comme procédé intermédiaire dans l’optique de réaliser un moulage par injection.

Matériaux : poudres thermoplastiques (ex. : PA 11, PA 12 ou TPU)

Avantages :

  • Grande liberté de conception (pas de structures de maintien)
  • Peu onéreux pour les petites séries
  • Durable, Versatile, flexible et résistant à la corrosion (nylon)
  • Rapide et facile à transférer sur une grande échelle

Inconvénients :

  • Grain de surface
  • Options limitées en post-usinage
  • Tendance aux déformations et au fluage sur les gros éléments
  • Peu de couleurs disponibles

En admettant que notre modèle de référence soit imprimé en MJF, en utilisant deux thermoplastiques pour l’exemple : le nylon PA 12 et le TPU PU 88/95A, on aboutit au tableau de comparaison suivant :

Matériau Coût dans le cas d’une pièce unique Prix unitaire dans le cas d’une commande de 20 pièces
Nylon PA 12 18,29€ 15,96€
TPU PU 88/95A 21,81€ 16,62€

Les matériaux mentionnés dans la table ci-dessus sont peu coûteux et largement utilisés. De plus, la couleur mise à part, ils présentent des propriétés similaires, d’où les coûts réduits.

Conclusion

Ces trois procédés (SLS, FDM et MJF) utilisent, à peu de choses près, les mêmes matériaux thermoplastiques, lesquels sont relativement bon marché et d’un usage très répandu. Les thermoplastiques comme le PA ou l’ABS constituent un bon choix pour du prototypage ou pour des applications de modélisation, bien qu’ils offrent un niveau de détails assez pauvre.En définitive, l’option la moins chère pour notre modèle de référence est la technologie MJF en combinaison avec le nylon PA 12.

Bien sûr, il s’agit seulement d’un exemple et nous recommandons de toujours vérifier toutes les options disponibles, aussi bien en termes de technologies de fabrication que de matériaux. Rendez-vous sur la plateforme de devis instantané de Xometry pour obtenir votre devis en quelques secondes.

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