Mantle lance une nouvelle série de machines de 350 000 $ capables d’imprimer en 3D les inserts de moule utilisés pour produire des plastiques moulés par injection. Il est difficile d’exagérer à quel point cela sera important – j’ai rencontré les fondateurs de l’entreprise pour savoir comment et pourquoi cette technologie va sérieusement réduire la vitesse de mise sur le marché de la fabrication.
Bon, soyons profondément geek pendant un moment, et jetons un coup d’œil à l’une des utilisations les plus intéressantes de l’impression 3D que j’ai vues depuis longtemps. Pour comprendre pourquoi cela est si important, vous devez comprendre comment fonctionne la fabrication ; plus précisément, comment fonctionne le moulage par injection. La plupart des pièces en plastique peuvent être fabriquées par centaines de milliers, en injectant de la pâte de plastique liquide dans un moule. Ce moule est généralement traversé par des lignes de refroidissement par eau, pour faire baisser rapidement la température du plastique liquide et fondu, de sorte qu’il se solidifie. Le moule s’ouvre, la pièce en plastique est éjectée, et vous pouvez passer au cycle suivant. Presque toutes les petites (et beaucoup de grandes) pièces en plastique sont fabriquées de cette façon. Les outils sont généralement fabriqués en « acier à outils » extra-dur, qui doit être extrêmement précis. La surface de ce moule en acier peut être n’importe quoi – lisse, texturée, etc. – et tout ce qui fait partie de la cavité du moule devient une partie de la pièce en plastique finale. Comme vous pouvez l’imaginer, la création de ces moules en acier est un travail extrêmement précis, et il faut beaucoup de temps (des années) pour devenir outilleur. Devenir un excellent fabricant d’outils est un métier de toute une vie, au moins autant d’art et d’expérience que de technologie.
Nous constatons une réduction d’environ 70 % du temps de création de ce type d’encarts et une réduction de 50 % des coûts. Ted Sorom, PDG de Mantle
Alors que les pièces moulées par injection peuvent être fabriquées par dizaines de milliers en un temps négligeable, les outils peuvent prendre des semaines, surtout si votre entreprise est suffisamment petite pour ne pas disposer de ressources dédiées à la fabrication d’outils. Six à huit semaines sont courantes, et pendant la pandémie mondiale, j’ai entendu des citations allant jusqu’à 12 semaines. Un retard de fabrication de trois mois qui ne peut pas être contourné facilement est, évidemment, un cauchemar.
Vous vous demandez peut-être « pourquoi n’imprimons-nous pas simplement ces moules en 3D ? » et la réponse à cette question est compliquée : les outils doivent être extrêmement résistants à l’usure, précis, tolérants à la température et la finition de surface doit être presque parfaite. Il n’y a pas beaucoup de technologies d’impression 3D qui cochent toutes les cases, mais c’est exactement l’espace où Mantle est, euh, en train de s’injecter.
« J’ai été présenté à mon co-fondateur qui avait commencé à imprimer avec des traces conductrices d’argent qui étaient utilisées pour connecter l’arrière des panneaux solaires. À partir de là, il a commencé à essayer d’imprimer un objet physique, pas seulement les traces. Quand il a commencé à imprimer de l’argent, je n’étais pas intéressé par la création d’une entreprise de joaillerie », se souvient Ted Sorom, PDG et cofondateur de Mantle, partageant avec enthousiasme la genèse de l’entreprise. « Environ un mois et demi plus tard, il imprimait de l’acier à faible teneur en carbone sur un équipement très bon marché avant que quiconque d’autre ne soit sur le point de le faire. Je l’ai rejoint pour commercialiser la technologie en 2015. Nous développons la technologie depuis six ans.
La technologie est intéressante car ils ont trouvé une technologie liée à l’expérience de Sorom dans la fabrication. Lorsque le duo a commencé à imprimer en acier à faible teneur en carbone, Sorom s’est immédiatement rendu compte qu’il y aurait un créneau très important qui pourrait utiliser cette technologie. Au lieu d’utiliser l’imprimante 3D pour imprimer des pièces à faible volume (comme, par exemple, les constructeurs automobiles ont tendance à le faire) ou des pièces prototypes (comme tous les fabricants le font de nos jours), ils utiliseraient plutôt les imprimantes 3D pour créer des pièces cruciales pour la masse -processus de fabrication, qu’il s’agisse de matrices d’emboutissage ou d’outils de moulage par injection. Les deux nécessitent des finitions de surface et une longévité extrêmement précises.
« La finition de surface, les tolérances et les exigences de durabilité des matériaux dans l’espace d’outillage sont extrêmes », déclarent les bénévoles de Sorom. « Ces outils sont utilisés des millions de cycles pour produire en masse des produits. Nous avons créé une technologie qui permet à la partie du moule d’injection où le plastique frappe le métal de droite. L’insert qui crée la pièce finale. Les matériaux que nous imprimons aujourd’hui sont similaires à l’acier à outils P20 – nous l’appelons P2x. L’autre est en acier H13.
Maintenant, si vous n’êtes pas assez un nerd de l’acier à outils pour savoir ce que sont P20 et H13, ce sont deux des types d’acier couramment utilisés pour le moulage par injection, qui peuvent être utilisés des centaines de milliers, voire des millions de fois avant ils doivent être remplacés.
La technique d’impression est également très intéressante. La société a développé un processus de style FDM – un peu comme les imprimantes à filament que vous avez peut-être vues de MakerBot, etc. – qui utilise un matériau pâteux qui utilise un support liquide qui transporte des poudres métalliques. Après avoir imprimé une couche, l’entreprise passe par un processus de séchage qui élimine le composant liquide, ce qui donne un corps dense de poudres métalliques. Après environ 10 couches, le processus utilise ensuite un outil de coupe à grande vitesse (un peu comme une fraise CNC) pour couper de minuscules quantités de matériau, ce qui crée la finition de surface et les tolérances nécessaires. Cela se produit toutes les 10 couches environ.
« À la fin du processus, nous avons un corps de poudres métalliques densément emballées maintenues ensemble par un tout petit peu de colle ou appelé un liant. Nous le mettons dans un four et le densifions en une pièce métallique solide », explique Sorom. « C’est un processus en deux étapes. Nous imprimons et façonnons dans une seule machine, puis frittons la pièce dans un four.
Ce qui est cool de procéder de cette façon, c’est que les machines CNC sont extrêmement efficaces pour obtenir des pièces de haute précision, mais le défi est que l’acier à outils est si dur que les outils de coupe de la machine CNC ne le coupent que très lentement. En façonnant les pièces avant le frittage, l’entreprise obtient le meilleur des deux mondes : ils effectuent le façonnage de précision sur un matériau beaucoup plus tendre, puis « cuisent » la pièce pour la durcir par la suite.
« Voilà comment nous sommes en mesure d’obtenir un produit dont la finition de surface et les détails permettent de passer directement de l’imprimante 3D à une application », déclare Sorom. « C’est là que nous économisons énormément de temps et d’argent à nos clients. Nous constatons une réduction d’environ 70 % du temps de création de ce type d’inserts et une réduction de 50 % des coûts. »
Mantle a annoncé il y a un an qu’ils allaient construire des machines de fabrication d’outils, et aujourd’hui, il annonce que l’entreprise commence à vendre son matériel, qui comprend une imprimante et une solution de four.
Les solutions de machines coûteront environ 350 000 $, ce qui peut sembler cher, mais pour les ateliers de fabrication de métaux qui fabriquent des outils, cela correspond à peu près aux machines EDM et CNC haut de gamme qu’ils utilisent déjà. Ils opèrent également dans des industries où une machine de 350 000 $ pour réduire le temps de production de 70 % est une aubaine absolue, il sera donc intéressant de voir l’adoption de ces machines dans le monde. La livraison des premiers systèmes de production est prévue pour le premier semestre 2023.
La société a produit une vidéo montrant le fonctionnement de sa technologie :