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Usinage CNC ou impression 3D pour votre projet ?
Il y a une dizaine d'années, l'actualité des armes à feu imprimées en 3D faisait la une des journaux de la presse industrielle, et l'impression 3D est toujours un sujet brûlant aujourd'hui. Avec le développement de la science et de la technologie, la technologie de l'impression 3D est devenue de plus en plus mature et les pièces en plastique ou en métal fabriquées sont utilisées dans divers domaines, mais elles n'ont pas complètement remplacé le processus de fabrication traditionnel, comme l'usinage CNC, le vide moulage, moulage par injection, etc. Cela crée donc une confusion pour les concepteurs. Si j'ai un prototype ou un petit projet batch, comment choisir la technologie de traitement la plus adaptée ? Dans cet article, je partagerai quelques directives techniques sur Usinage CNC et l'impression 3D pour vous aider à comprendre comment les deux diffèrent dans de multiples dimensions telles que la précision, les matériaux, le coût, la qualité, l'efficacité et la vitesse pour déterminer votre projet Choisissez entre l'usinage CNC ou Impression 3D.
1，Fabrication soustractive et additive
La principale différence entre les deux est que l'usinage CNC est une fabrication soustractive, tandis que l'impression 3D est une fabrication additive.
Usinage CNC. Comme nous le savons tous, l'usinage CNC est une soustraction fabrication processus qui commence par un morceau de matériau solide (souvent appelé une ébauche) et utilise ensuite un outil pour couper et enlever le matériau en excès pour créer une pièce. C'est l'une des méthodes de fabrication les plus populaires pour les prototypes et les pièces de production de petite à grande série, avec une répétabilité, une précision dimensionnelle élevée, une finition de surface élevée et une compatibilité avec de nombreux matériaux, y compris le bois, le métal et le plastique.
Impression 3D.L'impression 3D fonctionne dans le sens opposé et est un processus de fabrication additive. Bien que les logiciels de CAO et de FAO soient également utilisés pour dessiner et créer des pièces sur mesure, cela ne commence pas par la découpe de matériau, mais en utilisant du filament plastique (FDM), de la résine (SLA/DLP), de la poudre plastique ou métallique (SLS/DMLS/SLM), etc. Le matériau est ajouté et durci couche par couche jusqu'à ce que le produit final soit créé. L'impression 3D a la capacité de créer des géométries complexes, une grande précision, des délais d'exécution rapides et, dans certains cas, un coût de pièce inférieur.
Hors sujet. Si vous combinez des machines CNC et des imprimantes 3D et que vous les assemblez dans un appareil qui présente les deux avantages, est-ce une évidence ? Les praticiens qui ont cette idée folle, comme la ZMorph 2.0 SX, qui est à la fois commercialisée comme une fraiseuse CNC 3 axes et peut également être utilisée comme imprimante 3D. De plus, plusieurs entreprises ont récemment mené à bien des campagnes Kickstarter en utilisant ces machines combinées, telles que l'imprimante 3D 1-en-3 de Mooz. Actuellement, une telle machine compatible est encore au stade exploratoire.
2. Comparaison des matériaux utilisés.
L'usinage CNC et l'impression 3D sont compatibles avec une large gamme de matériaux, y compris les plastiques et les métaux. L'impression 3D est plus orientée vers la fabrication de pièces en plastique. Cela est en train de changer, avec des fabricants tels que 3D Systems, Arcam, Desktop Metal et Markforged développant des moyens meilleurs et moins chers d'imprimer des métaux en 3D.
Usinage CNC.Les plastiques les plus couramment utilisés dans l'usinage CNC sont l'ABS, le nylon (PA66), le polycarbonate (PC), l'acrylique (PMMA), le polypropylène (PP), le POM et le PEEK, entre autres. L'aluminium est le plus largement utilisé dans l'usinage CNC. Selon Martin, ingénieur chez DDPROTOTYPE, un fabricant de prototypes avancés en Chine, "70 % de notre matériau est en aluminium et les différentes pièces que nous fabriquons sont utilisées dans diverses industries". L'aluminium est un matériau recyclable avec de bonnes propriétés et un traitement facile, d'autres métaux couramment utilisés comprennent l'acier inoxydable, les alliages de magnésium, les alliages de zinc, les alliages de titane, le cuivre, etc.
Impression 3D.Les thermoplastiques couramment utilisés pour l'impression 3D comprennent l'ABS, le PLA, le nylon, l'ULTEM et d'autres photopolymères. Les imprimantes 3D peuvent également imprimer des pièces pour la céramique et même des implants humains. Les métaux les plus couramment utilisés dans l'impression 3D sont l'aluminium, l'acier inoxydable, le titane et l'Inconel. Il est important de noter que des machines industrielles imprimées en 3D coûteuses (probablement plus de 100,000 3 $) sont nécessaires. Certains matériaux, tels que les superalliages ou les TPU (matériaux souples) ne peuvent pas être usinés CNC, il faut donc utiliser des procédés de fabrication tels que l'impression 3D ou l'outillage rapide. L'impression XNUMXD ne peut pas traiter le bois car aucun matériau ne peut simuler le vrai bois.
Comparaison des matériaux couramment utilisés.
Processus de fabrication | Plastique | Métal |
Usinage CNC | ABS, Nylon, Polycarbonate, PEEK、PC、PMMA、PP、POM PEEK, etc. | Aluminium, acier inoxydable, alliage de magnésium, alliage de zinc, alliage de titane, cuivre, etc. |
impression en 3D | ABS, PLA, Nylon, ULTEM, ASA, TPU (matériau souple), etc. | Aluminium, Inox, Titane, Inconel, etc. |
Source de données DDPROTOTYPE.
3. Précision et taille des pièces usinées
Selon l'équipe de DDPROTOTYPE, forte d'une expérience considérable, "pour les tolérances, l'usinage CNC est supérieur à tous les procédés d'impression 3D, même DMLS". Si vos pièces doivent avoir des tolérances serrées, l'impression 3D n'est peut-être pas le meilleur choix.
Usinage CNC. L'usinage CNC peut atteindre des tolérances très serrées et une meilleure finition de surface, comme 0.005 mm, et peut être usiné avec précision pour des pièces très grandes à très petites. En raison de la nature arrondie de l'outil, les coins intérieurs ont toujours un rayon, mais les surfaces extérieures peuvent avoir des arêtes très vives.
impression en 3D. Différentes imprimantes 3D offrent une précision dimensionnelle différente. L'épaisseur de paroi minimale est limitée par la taille de l'exécution finale (par exemple, le diamètre de la buse en FDM ou la taille du point laser en SLS). Étant donné que les pièces sont construites couche par couche, la pièce finale peut avoir des lignes de couche, en particulier sur les pièces courbes. Les machines de qualité industrielle peuvent fabriquer des pièces avec de très bonnes tolérances. Si des tolérances serrées sont requises, un usinage est nécessaire pendant le post-traitement. Cela ajoute une étape supplémentaire et est moins efficace que l'usinage CNC.
Le tableau ci-dessous répertorie les tolérances, les épaisseurs de paroi et les tailles maximales des pièces pour différentes technologies
Processus de fabrication | Tolérance | Min. Épaisseur de la couche | Max. construire le volume |
CNC | ± 0.005 – 0.125 mm | profondeur de coupe 0.01 mm | Jusqu'à 2000 x 800 x 1000 mm |
SLS | ± 0.3 mm | 0.1-1.5mm | Jusqu'à 340 x 340 x 605 mm |
FDM | ± 0.3 mm | 0.2-0.8mm | jusqu'à 914 x 610 x 914 mm |
Extension MJF | ± 0.3 mm | 0.08 mm | jusqu'à 380 x 284 x 380 mm |
Dmls | ± 0.1 mm | 0.4mm | Jusqu'à 230 x 150 x 150 mm |
Source de données DDPROTOTYPE.
Comme vous pouvez le voir sur l'icône, l'usinage CNC peut produire des pièces plus grandes et plus précises que les techniques d'impression 3D courantes, telles que FDM, SLS ou MJF, etc. Pour les pièces dans les équipements médicaux, l'aérospatiale et d'autres domaines nécessitant une haute précision, l'usinage CNC est un choix idéal.
4. La vitesse
Impression 3D des techniques telles que MJF et FDM sont connues pour exceller dans la fabrication rapide lors de la fabrication de petites quantités de pièces, en fonction de la géométrie et de la taille de la pièce. En effet, une fois que le fichier 3D est prêt, en choisissant l'orientation, le remplissage et les supports, et en cliquant sur le bouton, aucune configuration supplémentaire n'est requise, et il ne faut généralement que plusieurs heures pour que la pièce soit terminée. Le post-traitement dépend du processus d'usinage et des exigences du fichier 2D.
Usinage CNC. Comparé à l'impression 3D, le processus d'usinage CNC demande beaucoup de travail et nécessite plus d'opérateurs et de réglages. Les machinistes qualifiés sélectionnent les matériaux, les machines, la programmation, les outils et leurs vitesses de rotation, les trajectoires de coupe, positionnent manuellement les appareils et construisent même des appareils personnalisés à l'avance. Cela prolonge le temps de traitement. De plus, les techniques de post-traitement telles que l'anodisation, l'électrophorèse, etc. peuvent être terminées ici, ce qui peut nécessiter plus de temps.
Martin a déclaré : « Chez DDPROTOTYPE, si vous choisissez l'ABS pour usiner 50 pièces de pièces moyennement complexes, le délai d'exécution avec la technologie FDM est en moyenne de 1 jour ouvrable, tandis que pour l'usinage CNC, le délai d'exécution est de 3 jours. Si vous devez fabriquer plus de 500 pièces, l'efficacité de fabrication de l'usinage CNC entre en jeu, ce qui est beaucoup plus rapide que l'impression 3D en raison de la répétabilité de l'usinage CNC. Alors que certaines imprimantes sur le marché ont des vitesses d'impression impressionnantes, l'impression 3D en utilise généralement davantage pour le prototypage que pour la production. Pour certaines pièces à structure simple, elles peuvent être usinées en quelques minutes sur une CNC, mais peuvent prendre des heures sur une imprimante 3D.
5，Complexité du modèle
Impression 3D. L'impression 3D peut traiter des pièces de n'importe quelle forme avec très peu de contraintes géométriques sur la pièce. La plupart des technologies 3D telles que FDM ou SLM/DMLS nécessitent des structures de support qui peuvent être retirées lors du post-traitement. Toute pièce en plastique de forme libre peut être facilement fabriquée à l'aide de procédés de fusion de poudre tels que SLS ou Multi Jet Fusion (MJF), et aucun support n'est requis. La capacité de l'impression 3D à fabriquer des géométries très complexes.
Usinage CNC. Bien sûr, la CNC peut aussi usiner des pièces assez complexes. Souvent, pour fabriquer des pièces complexes, il est nécessaire de retourner et de fixer la position pendant le processus d'usinage, car même avec des machines CNC à 5 axes, parfois l'outil ne peut pas atteindre toutes les surfaces du composant.
6. Coût
En discutant simplement du prix, la différence entre le fraisage CNC et l'impression 3D ne semble pas conduire à une conclusion précise. Cela varie en fonction de divers facteurs, tels que le matériau, la quantité, la difficulté de traitement, etc.
Qu'il s'agisse de fabriquer 1 pièce ou 100 pièces, le coût d'une seule pièce réalisée par impression 3D reste fondamentalement le même et est généralement inférieur à celui de l'usinage CNC. Pour de plus grandes quantités de pièces, telles que 100+, l'usinage CNC est plus économique. Selon Martin, l'une de nos idées fausses les plus courantes est que les services d'usinage CNC sont coûteux. En fait, le prototypage CNC peut commencer à environ 20 $ par pièce, les prix unitaires diminuant considérablement à mesure que de plus en plus de quantités sont fabriquées.
7. Protection environnementale
L'usinage CNC commence par une ébauche et utilise différents outils pour éliminer l'excédent de matière. En conséquence, de grandes quantités de poussière fine et de petits morceaux de matériaux ne peuvent pas être récupérés, nécessitant un nettoyage et une élimination. Dans le processus d'impression 3D, en revanche, les matières premières sont introduites dans l'imprimante pour construire la pièce couche par couche. Ce processus ne nécessite que l'utilisation de matières premières, pas de gâchis ni de déchets, il s'agit donc d'un processus de fabrication plus respectueux de l'environnement.
8. Études de cas
Nous étudions la différence entre l'usinage CNC et l'impression 3D à travers deux exemples, qui semblent plus intuitifs et compréhensibles. Ce sont 2 projets que DDPROTOTYPE a entrepris en 2021. Nous prenons le traitement des coques en plastique et le traitement des supports métalliques comme exemples.
Prototype de boîtier en plastique. La fabrication de coques en plastique pour l'électronique est une étape critique avant la production de masse. Une fabrication rapide, un faible coût et un temps de développement réduit sont les exigences du client. Il y a des boutons-pression, des charnières vivantes, des joints de verrouillage et d'autres attaches dans le boîtier électronique, etc. Ces fonctions peuvent toutes être réalisées par usinage CNC ou impression 3D (FDM ou SLS). Des prototypes en plastique de haute précision et esthétiques peuvent être fabriqués avec CNC ou SLS, mais le FDM de bureau a des temps de traitement plus courts et des coûts inférieurs. DDPROTOTYPE résume la comparaison de chaque processus, comme indiqué dans le tableau.
Usinage CNC | FDM de bureau | SLS | |
Prix | $$ | $ | $$ |
Matériel couramment utilisé | ABS, nylon | PLA, ABS, Nylon | Nylon |
Livraison | 5 jours | 1.5 Jours | 2Days |
La précision | ± 0.121mm | ± 0.485 mm | ± 0.287 mm |
Prototype de boîtier à faible coût réalisé avec l'impression 3D FDM
Prototype métallique de roue.Les roues métalliques peuvent fonctionner sous des charges et des températures élevées et doivent s'adapter à des arbres de précision. Le client exige que la dimension de la roue soit plus précise et que la qualité du matériau soit meilleure.
Usinage CNC | SLM/DMLS | Jet de liant | |
Prix | $$ | $ $ $ $ | $ $ $ |
Matériaux communs | Aluminium, acier inoxydable, laiton | Acier inoxydable, aluminium, titane, Inconel Cobalt Chrome | Acier Inoxydable, Inconel Cobalt Chrome, Tungstène, Carbure |
Précision | ± 0.022 mm | ± 0.108 mm | ± 0.214 mm |
Comportement mécanique | Très bien | Très bien | Bon |
9. Résumé rapide
Il n'y a pas de réponse claire, pas de technologie armée de tous les avantages, et l'usinage CNC et l'impression 3D ont leurs avantages et leurs inconvénients uniques, qui dépendront de facteurs tels que le matériau, le délai, la complexité géométrique, la précision, la quantité et le budget. . DDPROTOTYPE a soigneusement résumé un tableau de comparaison pour votre référence.
Usinage CNC | impression en 3D | |
Propriétés mécaniques | ⭐⭐⭐ | ⭐ |
Prototypage | ⭐ | ⭐⭐⭐ |
Prix | Moins cher pour les moyennes et grandes séries | Moins cher pour les petites séries |
Délai d'exécution | ⭐ | ⭐⭐⭐ |
Sélection de polymère | ⭐⭐ | ⭐⭐⭐ |
Complexité de conception | ⭐⭐ | ⭐⭐⭐ |
Précision dimensionnelle | ⭐⭐⭐ | ⭐ |
Détails et résolution | ⭐⭐⭐ | ⭐⭐ |
Grande taille de pièce | ⭐⭐⭐ | ⭐ |
Bien-⭐ Mieux-⭐⭐ Meilleur-⭐⭐⭐ | ||
10. Conseils pour choisir la bonne méthode de fabrication
Avant de choisir le bon processus de fabrication, veuillez vous référer aux conseils avant de prendre la décision finale.
Comment la quantité affecte-t-elle le choix de la méthode de fabrication ? Le choix de l'impression 3D est à considérer lorsque vous avez besoin de petits lots de pièces (moins de 50 pièces). Lorsque la quantité atteint 100 à 1000 pièces, l'usinage CNC serait préférable.
Les pièces fabriquées sont-elles complexes ? Pour les pièces personnalisées en petite quantité mais très complexes, l'impression 3D est souvent moins chère et plus rapide. L'usinage CNC nécessite plus d'opérateurs et de configuration, et coûte généralement plus cher que l'impression 3D.
Quels matériaux sont nécessaires? L'usinage CNC étant une technologie plus mature, il existe une plus large gamme de matériaux compatibles. Mais pour les matériaux en superalliage métallique très difficiles à traiter, comme le titane ou le TPU souple, il est plus judicieux de choisir l'impression 3D.