LES COÛTS DE L’IMPRESSION 3D – UN APERÇU DES CONSIDÉRATIONS CLÉS
L’avènement de l’Industrie 4.0 a conduit de plus en plus de fabricants à envisager la fabrication additive comme un complément à leurs processus. Pour participer à ce nouveau paradigme, vous devez comprendre les principaux facteurs de coûts de la fabrication additive. Nous examinerons les quatre facteurs principaux qui influencent les coûts de production en fabrication additive.
LES PRINCIPAUX FACTEURS DE COÛTS DE LA FABRICATION ADDITIVE
Les coûts de la fabrication additive peuvent être regroupés en quatre catégories : les coûts des machines et des outillages, les coûts de la main-d’œuvre, les coûts des matériaux et les coûts de post-traitement. L’utilisation de la fabrication additive peut réduire les dépenses de production dans trois de ces domaines critiques par rapport à la fabrication soustractive et au moulage par injection.
INVESTISSEMENT DANS LES MACHINES ET LES OUTILLAGES
Le principal facteur de coût en fabrication additive est l’investissement initial dans l’équipement de production. Selon une étude de l’Institut national des normes et de la technologie (NIST), les coûts initiaux des machines représentent de 45 à 74 % du coût total de la fabrication additive. L’investissement initial dans les machines est le principal moteur des coûts de la fabrication additive, car l’équipement de fabrication additive de précision est assez coûteux à acheter et à installer.
Bien que l’équipement de fabrication additive soit coûteux, les coûts d’outillage sont environ 30 % inférieurs à ceux associés au moulage par injection. Les dépenses d’outillage d’un composant de fabrication additive représentent environ 5 % du coût total de production. En raison du coût de l’outillage, les produits fabriqués traditionnellement sont plus chers que les produits moulés par injection. En effet, l’impression couche par couche rend l’équipement de fabrication additive extrêmement adaptable à une large gamme de produits, contrairement à la fabrication soustractive qui nécessite un outillage personnalisé pour chaque produit.
Combien coûte une imprimante 3D ?
Le coût de l’impression 3D est largement déterminé par cela. C’est le coût d’achat de l’imprimante 3D.
Voyons les coûts de certaines des technologies d’impression les plus populaires à différents niveaux de prix.
Imprimantes 3D FDM
Les imprimantes FDM sont parmi les plus populaires sur le marché en raison de leur faible coût. Les offres économiques comme l’Ender 3 V2 commencent à 270 $. Ce prix relativement bas le rend populaire auprès des amateurs, des étudiants et même des professionnels de l’impression 3D.
Les imprimantes FDM économiques produisent une bonne qualité d’impression pour le prix, mais pour des impressions plus professionnelles, vous devrez passer à une imprimante de bureau plus coûteuse. La Prusa MK3S en est un exemple.
Proposée à 1 000 $, elle se situe entre le coût et la performance, offrant un volume d’impression plus élevé et une grande qualité d’impression professionnelle à un prix décent.
Des imprimantes FDM industrielles de grand volume comme la BigRep ONE V3 de Studio G2 sont disponibles, mais le prix de 63 000 $ est sûr de la mettre hors de portée de la plupart des consommateurs.
Elle a un volume de construction de 1005 x 1005 x 1005 mm, pesant environ 460 kg. Ce n’est bien sûr pas l’imprimante 3D habituelle, comparée au volume de construction standard de 220 x 220 x 250 mm.
Imprimantes 3D SLA et DLP
Les imprimantes à résine comme les SLA et DLP sont utilisées par des personnes qui souhaitent une meilleure qualité et vitesse d’impression que ce que les imprimantes FDM offrent.
Des imprimantes SLA bon marché comme l’Anycubic Photon Zero ou la Phrozen Sonic Mini 4K sont disponibles dans la gamme de 150 $ à 200 $. Ces imprimantes sont des machines simples destinées aux débutants.
Pour les professionnels, des unités de paillasse comme la Peopoly Phenom sont disponibles pour le prix impressionnant de 2 000 $.
Une autre imprimante SLA respectée est l’Anycubic Photon Mono X, avec un volume de construction de 192 x 112 x 245 mm, à un prix bien inférieur à 1 000 $.
Ces imprimantes sont utilisées pour créer des impressions détaillées de grande taille que les modèles économiques ne peuvent pas gérer.
Imprimantes 3D SLS
Les imprimantes SLS sont les plus chères de cette liste. Elles coûtent plus cher que votre imprimante 3D moyenne avec des unités d’entrée de gamme comme la Formlabs Fuse se vendant à 5 000 $. Ces unités coûteuses pourraient même ne pas être capables de supporter les rigueurs de l’impression industrielle. Les modèles à grande échelle comme la Sintratec S2 sont idéaux pour cela avec une gamme de prix d’environ 30 000 $.
COÛTS DE MAIN-D’ŒUVRE
Le montant des coûts de main-d’œuvre liés à la fabrication additive est similaire à celui des méthodes de fabrication traditionnelles. La principale raison en est que les deux méthodes sont hautement automatisées. Dans les deux cas, les coûts de main-d’œuvre peuvent être réduits en simplifiant les pièces. Essentiellement, cela implique de redessiner un produit de manière à réduire le nombre total de pièces, réduisant ainsi les coûts de production, d’assemblage et de post-traitement. Le NIST a constaté que les coûts de main-d’œuvre impliqués dans la fabrication additive représentent moins de 10 % des coûts de production globaux.
COÛTS DES MATÉRIAUX
Les matériaux utilisés dans les processus de fabrication additive peuvent être considérablement plus chers que les lingots de métal ou les plastiques pour le moulage par injection. Sur une base pondérale, les matériaux de fabrication additive sont jusqu’à huit fois plus chers que les matériaux traditionnels. Le coût de la fabrication additive dépend de plusieurs facteurs, notamment du processus additif et des matériaux utilisés pendant la production.
Les pièces de fabrication additive ont une complexité moindre, nécessitent moins de temps de production et consomment considérablement moins de matières premières (jusqu’à 90 %) que les méthodes de fabrication traditionnelles. En revanche, les matières premières représentent en moyenne seulement 18 % à 30 % des coûts de production totaux. Ces coûts devraient diminuer à mesure que davantage d’options de matériaux seront disponibles.
Comment calculer le coût des matériaux pour l’impression 3D ?
En impression 3D, c’est un coût récurrent majeur. Dans une large mesure, la qualité du matériau d’impression détermine la qualité du modèle 3D. Voyons certains des matériaux d’impression les plus populaires.
Coût des matériaux d’impression FDM
Les imprimantes FDM utilisent des filaments thermoplastiques. Lors de l’impression, les filaments sont sélectionnés en fonction de leur résistance, flexibilité et conditions. Le prix de ces filaments est déterminé par la qualité du filament.
Les filaments les plus populaires sont le PLA, l’ABS et le PETG. Ils sont utilisés par la plupart des amateurs de FDM en raison de leur faible prix (environ 20 $ à 25 $ par bobine). Plusieurs options de couleur sont disponibles. Le PLA est l’un des filaments les plus faciles à imprimer, mais il peut présenter l’inconvénient d’être trop cassant ou faible pour certaines applications. Les pièces peuvent être renforcées par des réglages tels que la densité de remplissage, le nombre de parois périphériques ou même la température d’impression. Nous pouvons passer à des matériaux plus résistants si cela ne fournit pas une résistance suffisante. Des filaments à usage spécial tels que le bois, phosphorescent, Amphora, filaments flexibles (TPU, TCU), etc. sont également disponibles. Ces filaments sont utilisés pour des projets spéciaux nécessitant ces types de matériaux, donc leurs prix sont au-dessus de la gamme moyenne. Nous avons également des filaments de haute qualité comme les filaments infusés de métal, les fibres et le PEEK. Ce sont des filaments coûteux utilisés dans des situations où la qualité et la résistance du matériau sont cruciales. Les prix varient de 30 $ à 400 $ par kilogramme.
Coût des matériaux d’impression SLA
Les imprimantes SLA utilisent une résine photopolymère comme matériau d’impression. La résine est un polymère liquide qui durcit lorsqu’il est exposé à la lumière UV. Il existe de nombreux types de résines, allant des résines standard d’entrée de gamme aux résines haute performance et même aux résines dentaires utilisées par les professionnels. Certaines des résines les plus populaires sur le marché sont l’Anycubic Eco Resin et l’Elegoo Water Washable Resin. Les résines permettent au matériau de durcir rapidement, permettant une impression plus rapide. L’acheteur peut également choisir parmi une variété de couleurs. Les prix varient de 30 $ à 50 $ par litre. Il existe également des résines pour des applications spéciales telles que l’impression 3D dentaire et les céramiques. Les résines peuvent être utilisées pour imprimer des couronnes dentaires jusqu’aux pièces 3D infusées de métal. Le coût de ces résines peut varier de 100 $ à 400 $ par litre.
Coût des matériaux d’impression SLS
Les imprimantes SLS utilisent des supports en poudre. La poudre standard pour une imprimante SLS est le nylon PA12, qui coûte entre 100 $ et 200 $ par kg. Les coûts de la poudre peuvent atteindre 700 $ par kg pour les imprimantes SLS métalliques, selon le type de métal.
COÛTS DE POST-TRAITEMENT
Le post-traitement est nécessaire pour toute pièce fabriquée. Avec les pièces métalliques, cela implique généralement le polissage ou le lavage. La surface des pièces fabriquées de manière additive, en particulier celles utilisées dans les systèmes mécaniques de précision, doit être finie pour enlever l’excès de matériau. Selon le processus exact et les matériaux impliqués, le NIST a constaté que les coûts de post-traitement représentent de 4 à 13 % des coûts de production globaux. Quelle que soit la méthode choisie, les dépenses de post-traitement pour les pièces fabriquées de manière traditionnelle et additive sont inévitables et similaires.
LE BUSINESS CASE POUR LA FABRICATION ADDITIVE
Malgré les facteurs de coûts associés à la fabrication additive, il y a un avantage notable : le temps gagné dans la production de prototypes et de produits finis. Bien que l’investissement initial puisse être élevé, le temps gagné augmente la productivité et permet aux fabricants traditionnels de pénétrer de nouveaux marchés rentables. Les concepteurs peuvent également se concentrer sur la conception pour la fonctionnalité plutôt que pour la capacité de fabrication grâce à la flexibilité des processus de fabrication additive.
L’industrie aérospatiale est un autre excellent exemple d’application de la fabrication additive. Plus de 100 pièces du chasseur F-18 Hornet, qui est en service depuis plus de 20 ans, sont fabriquées de manière additive. Selon les dirigeants de l’aviation, les pièces fabriquées de manière additive sur les avions permettent d’économiser des millions de dollars en coûts de carburant chaque année grâce à leur poids réduit. Northwest Airlines a pu économiser 440 000 $ sur les coûts de carburant pour les vols internationaux en utilisant des pièces fabriquées de manière additive dans leurs avions.
La fabrication additive a permis aux fabricants de produire des produits de plus en plus complexes avec moins de déchets et moins de temps.
De plus, les coûts des équipements ont diminué. Après ajustement pour l’inflation, le NIST a constaté que le prix moyen des systèmes de fabrication additive a diminué de 51 % entre 2001 et 2011. À mesure que la technologie progresse, les fabricants de tous les secteurs devraient envisager d’intégrer la fabrication additive dans leurs processus industriels existants.
La fabrication additive dans l’industrie électronique permet aux concepteurs de créer des dispositifs de plus en plus complexes avec de nouveaux facteurs de forme excitants. Avec des encres conductrices nanoparticules, l’impression 3D peut être utilisée pour imprimer des dispositifs électroniques multicouches tels que des capteurs sans fil, des électroniques portables et des applications de l’Internet des objets. Avec les capacités de traitement et les systèmes en progression, les applications ne devraient qu’augmenter.
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