Un outil est fabriqué en moins d’un jour avec la fabrication numérique directe

« FDM a en réalité été rentabilisée en seulement 7 mois. »
Matt Colpitts, Thermal Dynamics

Le fabricant d’équipements de découpage plasma Thermal Dynamics (West Lebanon, New Hampshire), une filiale de Thermadyne, est l’un des plus importants fournisseurs d’équipement de découpage plasma manuel et automatisé au monde. Il a monopolisé le marché pendant plus d’un demi-siècle.

Le découpage plasma consiste à souffler du gaz à grande vitesse à l’aide d’une buse. Il se forme ainsi un arc électrique entre le gaz et la surface à découper. Le gaz se transforme en plasma – un état dans lequel les molécules se décomposent en ions. Le plasma est assez chaud pour faire fondre le métal et assez rapide pour réaliser la coupe. Le découpage plasma est extrêmement rapide. Il permet d’obtenir une coupe nette qui nécessite un nettoyage minimum.

Les systèmes de découpage plasma utilisent considérablement de l’énergie électrique. Par conséquent, leur alimentation génère beaucoup de chaleur. Thermal Dynamics utilise un matériau d’interface thermique pour protéger les composants électroniques des appareils lors du transfert de chaleur. Le matériau en question est appliqué sur les composants générateurs de chaleur en utilisant des pompes à air pulsé portatives communément appelées « goo guns ».

Un défi réel

Au cours de leur travail, les assembleurs réalisent des tâches répétitives. Ils prennent le goo gun, appliquent le matériau d’interface thermique et déposent le pistolet lourd. A chaque application du matériau coûteux, une petite quantité est perdue en fuyant du pistolet. Elle crée une masse gluante qui nécessite du nettoyage. Les travailleurs de la production ont essayé de construire des outils rudimentaires pour rendre les pistolets plus accessibles et récupérer le matériau qui fuit, mais ils ne sont pas assez performants.
 

Le département R&D de Thermal Dynamics a récemment acheté un système de production 3D Fortus pour le prototypage rapide de pièces moulées par injection. L’objectif du département a été de faire des conceptions de produits parfaites avant qu’elles n’arrivent à la phase d’outillage, réduisant ainsi le besoin de retravailler le moule.

Une solution réelle

Bien que le système de fabrication directe Fortus ait été mis en œuvre pour la construction des prototypes, les ingénieurs ont vite noté sa capacité dans la fabrication numérique directe. L’ingénieur de fabrication, Jill Markowski, a conçu un outil spécifique pour faciliter la prise en main des pistolets et récupérer la fuite de matériau sur un plateau de collecte en vue d’une ré-utilisation. L’ingénieur R&D, Matthew Colpitts, a suggéré de construire l’outil avec du thermoplastique en utilisant la machine Fortus au lieu du métal.

Colpitts a estimé qu’il aurait fallu au moins 2 000$ et une semaine pour construire l’outil avec de l’aluminium en utilisant des méthodes de fabrication et d’usinage conventionnelles. Au lieu de cela, l’entreprise a fait appel à la fabrication numérique directe pour fabriquer l’outil durant la nuit. A l’aide du système Fortus, Colpitts a construit l’outil en polycarbonate en seulement 17 heures pour un coût de 20$ l’heure, soit un total d’environ 340$. Les assembleurs ont aimé le dispositif, mais ont eu quelques suggestions. Colpitts a tenu compte des améliorations et a fabriqué 5 nouveaux outils. L’opération permettant de construire les 6 outils a pris seulement 4 jours. « Nous avons économisé à peu près 10 000$ sur les coûts de fabrication des outils », dit-il. « Nous n’aurions pas pu les construire si nous n’avons pas eu la machine de fabrication numérique directe FDM.

« Les nouveaux dispositifs ont accéléré le processus d’assemblage en facilitant la manipulation du pistolet. Ils ont réduit les coûts de matériaux en récupérant tout le matériau d’interface thermique », dit Colpitts. « Les assembleurs adorent l’outil, parce que ce dernier rend leur travail plus facile et plus propre. »

Colpitts a depuis utilisé le système Fortus pour construire d’autres outils d’assemblage et de fabrication comme un gabarit de vis qui maintient 8 vis M6 en place. En maintenant les vis exactement dans la bonne position, le gabarit de vis réduit le temps requis pour fixer les vis, et prévient l’endommagement des composants électroniques.

Le système Fortus FDM a également été très efficace dans sa mission initiale de production de prototypes de pièces moulées par injection. « Lorsque nous avons acheté la machine à l’origine, notre président a dit qu’il voulait la rentabiliser en un an », dit Colpitts. « Mais en réalité, elle a été rentabilisée en seulement 7 mois en évitant un nombre important de modifications des moules. »