Presque tous les produits que nous utilisons quotidiennement, des smartphones aux voitures, peuvent retracer leurs origines aux processus de fabrication. Ces processus déterminent non seulement la qualité et l’efficacité de la production des produits, mais ont également un impact direct sur le contrôle des coûts et la compétitivité des entreprises sur le marché. Dans cet article, nous définirons les processus de fabrication, en approfondissant leurs catégories et leurs différentes méthodes. Commençons maintenant par explorer leurs vastes implications !
Qu’est-ce que le processus de fabrication ?
Avant d’aborder ce qu’implique un processus de fabrication, prenons un moment pour examiner la situation dans son ensemble. La fabrication est le processus de conversion de matières premières ou de composants en produits finis grâce à l'utilisation d'outils, de machines et de main-d'œuvre.
L’histoire de la fabrication remonte à la préhistoire, lorsque les humains utilisaient pour la première fois des outils simples pour couper, broyer et façonner les matériaux. Au fil du temps, à mesure que les civilisations progressaient, la complexité et la sophistication des techniques de fabrication augmentaient également. La révolution industrielle a marqué un tournant important, en introduisant la vapeur, la mécanisation et les méthodes de production de masse qui ont révolutionné la façon dont les biens étaient fabriqués. Aujourd'hui, les processus de fabrication sont devenus hautement automatisés et intégrés à des technologies avancées telles que la robotique, l'l'usinage à commande numérique par ordinateur (CNC) et la 3D. impression.
Le processus de fabrication fait référence aux méthodes spécifiques et à la séquence d'opérations au sein de l'activité plus large de fabrication pour fabriquer un produit spécifique. Il comprend plusieurs étapes telles que la conception, la sélection des matériaux, le traitement, le contrôle qualité et l'assemblage final. Chaque étape est essentielle pour façonner les performances globales et le cycle de vie des produits finis.
Cinq catégories de processus de fabrication
Selon le mode de production et le type de produits finis produits, les procédés de fabrication peuvent être classés en plusieurs types, chacun ayant ses propres caractéristiques et applications. Généralement, il existe cinq catégories de procédés de fabrication.
Fabrication en atelier
La fabrication en atelier est un paradigme de production très flexible conçu pour répondre à des besoins très variés et à faible volume. Elle se spécialise dans les produits uniques et personnalisés qui nécessitent souvent des outils et du temps de configuration spécialisés. Poussés par les commandes des clients, les ateliers peuvent s'adapter rapidement aux diverses demandes de production. Cependant, cette flexibilité rend difficile la prévision des modèles de flux de travail, car la production implique des opérations multiples, complexes et non linéaires. Malgré ces complexités, la fabrication en atelier est idéale pour les industries produisant des équipements lourds, des machines ou des biens spécialisés en petits lots ou en prototypes.
Fabrication discrète
La fabrication discrète implique la production de produits distincts et dénombrables qui sont souvent assemblés à partir d'une variété de pièces ou de composants individuels. Ce type de fabrication se concentre sur l’assemblage de ces pièces individuelles en produits finis. Chaque produit, comme une voiture, un ordinateur ou un appareil électroménager, est unique et peut être suivi tout au long du processus de production. La fabrication discrète implique des opérations variées et s’adapte souvent à un degré élevé de personnalisation. Il est couramment utilisé dans des industries comme l’automobile, l’électronique et l’ameublement.
Fabrication répétitive
La fabrication répétitive se caractérise par la production répétée de produits identiques ou très similaires sur une période prolongée. Cette approche met l’accent sur la production identique et en grand volume de produits standardisés à un rythme rapide. Des lignes de production dédiées et des machines d'assemblage automatisées rationalisent le processus, réduisant ainsi le besoin de travail manuel. Le contrôle qualité est primordial pour garantir la cohérence et minimiser les défauts, les matériaux circulant en continu à travers une série d'étapes automatisées. Cette méthode est très efficace pour produire des pièces automobiles, des circuits imprimés et des processeurs, ainsi que pour la production à grande échelle d'aliments et de boissons uniformes comme des boissons en bouteille et des aliments en conserve.
Fabrication par lots
La fabrication par lots est une méthode de production dans laquelle les produits sont fabriqués en groupes ou en lots plutôt qu'en flux continu. Semblable à la fabrication discrète et en atelier, la fabrication par lots ajuste son calendrier de production en fonction des commandes des clients ou de la demande du marché. Chaque lot passe par tout le processus de production avant de démarrer le suivant, ce qui permet un haut degré de personnalisation et de flexibilité entre les lots. Par exemple, dans l’industrie pharmaceutique, différents lots de médicaments sont produits avec des formulations et des dosages spécifiques. Après chaque lot, l’équipement est nettoyé et préparé pour le lot suivant, qui peut être un médicament différent ou une variante du précédent.
Fabrication en processus continu
À l'instar de la fabrication répétitive, ce type de processus de fabrication améliore également l'efficacité et la standardisation de la production. Dans la fabrication continue, les matières premières entrent en continu dans un système de production, les produits finis sortant à l’autre extrémité. Cette production incessante est généralement utilisée pour les liquides, les gaz ou d'autres substances fluides, telles que les produits chimiques, les produits pétroliers, ainsi que les aliments et les boissons. En revanche, la fabrication répétitive convient à la production de produits hautement standardisés, pour lesquels il peut y avoir des pauses entre les cycles de production ou les lots.
Quelles sont les différentes méthodes de fabrication ?
Au sein de chaque catégorie, diverses méthodes et techniques sont utilisées pour obtenir les résultats souhaités. Dans le passage suivant, nous aborderons 7 principaux types de méthodes de fabrication et leurs sous-types.
1. Fabrication soustractive
La fabrication soustractive est un processus polyvalent dans lequel la matière est retirée d'un bloc solide pour créer la forme souhaitée. Il est adaptable à une large gamme de matériaux, notamment les métaux, les plastiques, la céramique et les composites. Les processus de fabrication soustractifs modernes sont automatisés par la technologie CNC, garantissant un outillage précis et rapide pour des détails complexes et des surfaces lisses. Les entreprises de fabrication en atelier et de fabrication discrète utilisent largement des processus soustractifs pour la production de pièces et de composants personnalisés.
Vous trouverez ci-dessous les processus de fabrication soustractifs courants :
Tournant: Using a lathe, the workpiece rotates while a cutting tool removes material to create cylindrical parts.
Fraisage: A rotating multi-point cutting tool moves across the workpiece to remove material, often to create complex shapes or contours.
Forage:A rotating drill bit is used to make a hole of circular cross-section into the solid material.
Ennuyeux: Using a boring tool, an existing hole is enlarged and refined to achieve a precise diameter and improved alignment.
Alésage :Typically performed after drilling or boring, a reamer with multiple cutting edges is used to slightly enlarge and smooth the existing hole, achieving a final precise diameter and high-quality surface finish.
Affûtage: An abrasive wheel removes small amounts of material to achieve high-precision surfaces and fine finishes.
Découpe Laser :Using a high-powered laser beam to cut through materials. It is precise and can cut complex shapes with a fine surface finish.
Usinage par électroérosion (EDM): A non-traditional machining process that uses electrical sparks to erode material from the workpiece, useful for hard or electrically conductive materials.
Découpe au jet d'eau : Using a high-pressure jet of water, sometimes mixed with abrasive particles, to cut through materials without generating heat.
2. Rejoindre
L'assemblage est le processus de connexion permanente ou semi-permanente de deux ou plusieurs morceaux de matériau pour créer un assemblage. Cette technique est largement utilisée dans la fabrication de produits complexes qu’il est souvent peu pratique de produire directement. En produisant plusieurs composants plus simples, puis en les assemblant, les coûts de production des pièces complexes peuvent être réduits. De plus, les processus d'assemblage permettent de remplacer les composants défectueux sans jeter le produit dans son intégralité. Voici quelques exemples de processus d’adhésion :
Soudage: A process that fuses materials by applying heat, pressure, or both, together with the addition of a filler material to form a strong joint upon cooling.
Brasage :A joining method where a filler metal with a melting point higher than that of soldering but lower than the base materials is melted and flowed into the joint by capillary action.
Soudure: Similar to brazing, but performed at lower temperatures. A filler metal (solder) is melted and drawn into the joint between closely fitted parts.
Collage adhésif :A process where an adhesive material is applied between the surfaces to be joined, creating a bond upon curing.
Assemblage mécanique : Connecting components using fasteners such as bolts, nuts, rivets, or screws.
Ajustement avec interférence (ajustement à la presse) :A method where parts are joined by forcefully pressing them together, creating a tight fit due to the interference between the parts.
Autres:Such as clinching and crimping, which are specialized joining techniques.
3. Formage
Le formage est un processus de fabrication dans lequel la forme d'un matériau, généralement du métal, est modifiée à l'aide de forces mécaniques sans ajouter ni retirer de matière. Ce processus est basé sur la déformation plastique du matériau, ce qui entraîne un minimum de déchets de matière. Les différents types de procédés de fabrication sous formage sont :
Forgeage :A metalworking process where metal is shaped by applying compressive forces. The metal is typically heated to a high temperature to make it more malleable before being hammered, pressed, or rolled into the desired shape. Forging produces strong and durable parts due to the refinement of the grain structure and the elimination of internal voids.
Estampillage:Involving sandwiching a flat sheet of metal(either in coil or blank form) between a punch and a die, then applying force via a press to deform the metal into the die's cavity shape. Stamping can be performed in a single stroke or through a series of operations known as progressive stamping. It is widely used in various industries, particularly for high-volume production of components where precision and consistency are critical.
Pliage: Involving deforming a material, typically metal, along a straight axis to create an angular shape or a curve. The process does not remove material but rather changes its geometry by applying force, causing the material to plastically deform and hold the new shape. This can be done using tools and machines like press brakes, roll benders, or hand brakes. In press brakes, for example, the workpiece is clamped between two dies, and a ram applies pressure to the top die, bending the material to the desired angle.
Roulement:A fundamental and cost-effective manufacturing process that involves passing metal stock through one or more pairs of rolls to reduce thickness, ensure uniformity, or impart desired mechanical properties. It can be conducted at room or elevated temperatures (cold rolling or hot rolling), depending on the material and desired properties of the final product. Rolling is commonly used to produce flat sheets, strips, plates, beams, and other structural components.
Extrusion: A versatile and efficient forming process where material is forced through a die to create objects with a fixed cross-sectional profile. The material, which can be metal, plastic, ceramic, or food, is typically heated and then pushed or drawn through the die, taking the shape of the die opening.
4. Casting
Le moulage consiste à verser du métal liquide dans une cavité de moule pour créer un objet solide avec une forme spécifique. Une fois le métal refroidi et solidifié, le moule est retiré, révélant la pièce coulée. Le moulage englobe une grande variété de processus et ses classifications sont les suivantes :
Moulage au sable : Using sand as the mold material to produce castings. It produces castings in sand molds. This is a low-cost method with flexibility in material choices but has lower dimensional accuracy and a coarser surface finish compared to other casting methods, requiring significant finishing work.
Moulage de précision (coulée à la cire perdue) :Using a wax pattern coated with ceramic to create precise and intricate parts. It is known for its excellent surface finish and high dimensional accuracy. However, it has size limitations on parts and is a high-cost process due to its labor-intensive nature.
Coulée centrifuge :Involving pouring molten metal into a rotating mold. The centrifugal force distributes the metal evenly around the mold cavity, resulting in high-quality, dense cylindrical parts with a fine grain structure.
Moulage sous pression : Involving forcing molten metal under high pressure into a precision metal mold cavity, where it cools and solidifies into a casting. Known for fast production cycles, it excels in high-volume manufacturing of intricate parts. However, the initial mold cost is substantial, and it's primarily suited for low-melting-point metals like aluminum, zinc, magnesium, and copper.
Coulée en moule permanent (coulée sous pression par gravité) : Involving pouring molten metal into a reusable metal mold under gravity, which is then cooled naturally or by using a cooling medium. While it has a slower production speed, this casting method can accommodate a wider range of metals and alloys, including some high-melting-point materials.
Coulée continue : A process where molten metal is continuously poured into a mold, solidified, and then extracted in an ongoing flow. It is highly efficient and is commonly used to produce long metal sections such as beams, rods, and slabs.
Moulage de coque : An advanced casting method using resin-coated sand to form a mold shell around a heated pattern, creating precise and complex parts. It is known for its good surface finish and high dimensional accuracy, suitable for gears, valves, and small to medium-sized castings in industries such as automotive, aerospace, and machinery manufacturing.
Il existe d'autres méthodes de moulage comme le moulage sous vide, le moulage à basse pression, le moulage à mousse perdue, etc. Elles sont également utilisées dans diverses industries pour répondre aux exigences de production spécifiques grâce à leurs avantages uniques.
5. Moulage
Le moulage est similaire au processus de moulage, mais le moulage est plus communément associé aux plastiques, tandis que le moulage concerne principalement les métaux. Lors du moulage, le matériau fondu est versé dans un moule pour se solidifier et prendre la forme souhaitée. Bien que la création de moules soit coûteuse et longue, le processus est idéal pour la production en série de pièces aux dimensions précises et aux bons états de surface. Le caractère réutilisable des moules réduit également les coûts de production. Les méthodes de moulage courantes comprennent :
Moulage par injection :A highly versatile process for producing plastic parts. It involves injecting molten plastic into a closed mold cavity under high pressure. Once the plastic cools and solidifies, the mold is opened, and the part is ejected. This method offers high production rates, excellent repeatability, and the ability to produce complex shapes with fine details, making it a cost-effective solution for many industries.
Moulage par compression : It involves placing a pre-measured amount of molding material into an open mold cavity. The mold is then closed, and pressure is applied to shape and cure the material. This method is suited for materials with low flow characteristics and is ideal for producing high-strength, high-density parts that are large, flat, or moderately curved.
Moulage par soufflage :A process used to create hollow plastic parts by inflating a heated plastic tube (parison) until it fills the mold cavity. It is efficient for high-volume production of hollow plastic parts such as bottles, containers, and pipes, and is relatively low-cost.
Moulage par rotation :A process used to create hollow plastic products of various sizes and shapes. It involves filling a heated mold with plastic resin and slowly rotating it around two perpendicular axes. The resin melts and coats the interior of the mold, forming a hollow part. This method has low tooling costs and the ability to produce large, complex parts with smooth interior surfaces, thick walls, and minimal assembly requirements. It is particularly suitable for low-volume production runs and custom designs.
Thermoformage (formage à air chaud ou formage sous vide) :A plastic forming process that utilizes heat and pressure to shape a plastic sheet into a desired three-dimensional form. This method offers low tooling costs, quick production cycles, and flexibility in design and material choices. It is commonly used for packaging, disposable cups, trays, lids, and other lightweight plastic products.
6. Fabrication additive
La fabrication additive (FA), communément appelée impression 3D, est un processus qui permet de construire des objets en ajoutant des matériaux couche par couche, sur la base de modèles numériques. La fabrication additive travaille avec des matériaux moulables à chaud, notamment des métaux et certains plastiques, permettant un haut degré de personnalisation, des géométries complexes et une réduction du gaspillage de matériaux. Les types courants de processus de fabrication additive sont les suivants :
Frittage Sélectif Laser (SLS) : Using a laser to fuse powdered material into solid parts, ideal for producing functional prototypes and complex end-use parts. SLS is commonly used in aerospace and automotive industries, utilizing materials like nylon and other thermoplastics.
Traitement numérique de la lumière (DLP) :Using a digital light projector to cure resin layers in a single flash, speeding up the printing process while maintaining high detail and precision. DLP is ideal for applications requiring fine details and smooth surfaces, such as dental models, jewelry, and detailed miniatures.
Fusion Laser Sélective (SLM) : An advanced additive manufacturing process using a high-powered laser to fully melt and fuse metallic powder particles, creating dense and strong metal components. SLM is widely used in aerospace, automotive, and medical industries for high-performance parts made from materials like titanium, aluminum, and stainless steel.
7. Processus de traitement de surface
Les processus de traitement de surface impliquent diverses techniques appliquées à la surface d'un matériau pour améliorer ses propriétés, telles que l'apparence, la résistance à la corrosion, la résistance à l'usure et l'adhérence. Ces traitements peuvent être mécaniques, chimiques ou électrochimiques. Les types courants de traitement de surface comprennent le sablage aux billes, le polissage, le revêtement en poudre, la électroplacage et anodisation.
Trois types de stratégies de fabrication
En fonction de la demande des clients et des processus de production, il existe trois stratégies de fabrication couramment utilisées dans la gestion de la fabrication et de la chaîne d'approvisionnement :
Fabrication sur stock (MTS)
Dans l'approche Make to Stock (MTS), un fabricant produit des biens en anticipant la demande future sur la base des données de ventes passées, des tendances du marché et des prévisions. Les produits sont fabriqués, assemblés et stockés dans des entrepôts avant la réception de commandes clients spécifiques.
Cette méthode permet d'exécuter rapidement les commandes des clients, car les produits sont déjà disponibles et prêts à être expédiés. Il minimise les délais de livraison et améliore la satisfaction des clients en offrant une disponibilité immédiate. Cependant, cela comporte également un risque de stocks excédentaires si les prévisions de la demande sont inexactes.
Fabrication sur commande (MTO)
La stratégie Make to Order (MTO) consiste à lancer le processus de production uniquement après qu'un client a passé une commande. Les fabricants maintiennent un système de production flexible, capable de s'adapter à des commandes variables, souvent avec des séries de production plus courtes.
Même si le MTO réduit les coûts de stock et le risque d’obsolescence, il entraîne généralement des délais de livraison plus longs puisque la production repart de zéro pour chaque commande. Cette méthode est idéale pour les produits avec de faibles volumes de demande ou des niveaux élevés de personnalisation.
Faire pour assembler (MTA)
Make to Assemble (MTA), également connu sous le nom d'Assemble to Order (ATO), est une approche hybride qui combine des éléments de MTS et de MTO. Dans ce modèle, les fabricants préproduisent et stockent des composants ou des sous-ensembles qui peuvent être rapidement assemblés en produits finaux dès réception des commandes des clients.
Cette stratégie permet une certaine personnalisation tout en maintenant des délais de livraison plus courts par rapport au MTO complet. MTA réduit le besoin de personnalisation poussée pendant le processus de production, le rendant ainsi plus efficace et plus rentable. Cela garantit également que seuls les composants nécessaires sont fabriqués, minimisant ainsi les déchets et les surstockages. MTA est particulièrement adapté aux produits dotés d’un mélange de fonctionnalités standard et personnalisables.
Conclusion
En ce qui concerne les types de processus de fabrication, il est évident qu’il existe une gamme variée de méthodologies personnalisées pour des industries, des produits et des objectifs de production spécifiques. La discussion sur les méthodes de fabrication a mis en évidence les aspects clés qui peuvent vous aider à atteindre l’efficacité, la rentabilité et la qualité de vos produits. Chez Chiggo, nous sommes fiers de notre expertise en usinage CNC et fabrication de tôlerie. De plus, nous proposons des services d’impression 3D et de moulage par injection, offrant des solutions complètes adaptées à vos besoins. Contactez-nous si vous avez des questions !
