CNC ou impression 3D : Quel est le meilleur procédé pour réaliser votre pièce ?

Introduction

La mise au point de matériaux d'impression 3D plus résistants a encouragé les fabricants de tous secteurs à comparer l'impression CNC à l'impression 3D et à trouver des moyens d'imprimer en 3D des pièces fonctionnelles auparavant usinées en CNC. Le processus d'impression 3D permet aux fabricants d'économiser un temps considérable et beaucoup d'argent, tout en obtenant la qualité attendue d’une production industrielle.

Les fabricants qui franchissent le pas peuvent utiliser des logiciels d'impression 3D pour créer des prototypes et produire des pièces en une seule journée, pour une fraction du coût de l'usinage CNC traditionnel. Cependant, certains domaines clés requièrent la CNC pour la production de leurs pièces.

Que ce soit d’un point de vue physique ou financier, nous allons passer en revue quelques-uns des éléments clés à évaluer avant de choisir entre le procédé CNC et l'impression 3D.

Lire notre guide d'achat des imprimantes 3D

Considérations physiques

Géométrie

Dimensions de l'élément : L’usinage CNC et l’impression 3D sont tous deux limités par la taille de l'outil ; dans le cas de la CNC, le diamètre de l'outil détermine la plus petite caractéristique négative qui peut être créée. Dans le cas de l'impression 3D, cependant, c’est le diamètre de la buse qui détermine la plus petite caractéristique positive qui peut être produite. Le diamètre de la buse des imprimantes 3D à extrusion est généralement compris entre 0,25 mm et 0,8 mm. La taille minimale des éléments pour ces machines est quatre fois supérieure, ce qui donne une taille minimale des éléments comprise entre 1,0 mm et 3,2 mm.

Pour plus de détails sur la taille minimale des caractéristiques des renforts en fibres continues, nous avons créé un guide des tailles minimales des caractéristiques des fibres.

Finition de surface : Avec les bons outils, les machines CNC sont capables de produire des surfaces beaucoup plus lisses que les imprimantes 3D. Les imprimantes 3D sont capables de produire des pièces d’ajustement et de finition, mais pour les pièces nécessitant un lissage parfait pour s’adapter à d'autres composants de précision, l'usinage CNC peut être préférable.

Tolérances : Certaines des meilleures imprimantes 3D de matériaux composites peuvent respecter des tolérances dimensionnelles allant jusqu'à +/- 0,005", et disposent généralement d'une surface conforme pour l'emboîtement à la presse. Les caractéristiques aux faibles tolérances sur les pièces imprimées en 3D peuvent être usinées a posteriori. Toutefois, en fonction des autres caractéristiques de la pièce, il peut être plus facile d'usiner directement l'ensemble. Les résultats peuvent varier en fonction de la machine, du matériau et de la géométrie de la pièce.

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Chargement : Les pièces non structurelles sont généralement des pièces facilement réalisables avec l'impression 3D conventionnelle. Les pièces structurelles qui doivent résister à des charges physiques importantes peuvent être produites avec un renforcement par fibres continues ou par usinage CNC. Bien que le renforcement par fibres continues puisse améliorer considérablement la résistance par rapport à d'autres pièces imprimées en 3D, les pièces composites sont plus résistantes dans deux axes (X, Y) que dans l'axe Z, et ne présentent pas de propriétés isotropes comme les pièces en métal. Pour en savoir plus sur la manière dont cela pourrait affecter la conception et l'orientation des pièces à imprimer, lisez cet article sur le remplissage isotrope des fibres, qui présente ce type de pièces plus en profondeur.

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Environnement

L'impression 3D et l'usinage CNC sont tous deux capables de produire des pièces en métal et en polymère. Le choix sera donc déterminé par la disponibilité du procédé pour réaliser le matériau dont vous avez besoin.

Température : L'impression 3D et l'usinage CNC sont tous deux capables de produire des pièces en métal et en polymère. Le choix sera donc déterminé par la disponibilité du procédé pour réaliser le matériau dont vous avez besoin. La température de service d'un métal donné est généralement liée à sa température de fusion. "Lesmétaux purs se ramollissent généralement à environ la moitié du point de fusion sur l'échelle des températures absolues (point de fusion à 459 en degrés F)" Les alliages permettent généralement d'augmenter ce point, dans certains cas jusqu'à environ 65 % de la température de fusion.

Les composites et les polymères imprimés en 3D ont des limites de température de service inférieures à celles des métaux. Les matériaux Markforged ne doivent pas être utilisés sur de longues périodes à des températures supérieures à 150 °C.

Humidité : Certains filaments de polymère absorbent l'humidité et peuvent perdre leur résistance en cas d'exposition prolongée ou d'immersion. Un revêtement, tel que le Liquitex, peut être nécessaire. L'humidité n'affecte généralement pas l'aluminium, mais peut faire rouiller l'acier.

Produits chimiques : Si votre pièce est amenée à être soumise à des produits chimiques, vérifiez la compatibilité chimique de votre matériau avec ces produits. Bien que de nombreux métaux puissent être utilisés avec divers produits chimiques, il convient de toujours vérifier la compatibilité avant d'introduire un nouveau matériau ou un nouvel environnement. Les matériaux Markforged à base de nylon sont chimiquement résistants et ne sont pas affectés par la plupart des produits pétrochimiques. Ils ne conviennent pas à une utilisation dans des environnements fortement acides ou basiques.

Considérations économiques

Quand en avez-vous besoin ?

Usinage en interne : Si vous avez immédiatement besoin de la pièce, qu'il n'y a pas d'autres obstacles à l'opération et que vous disposez d'une machine, d'un opérateur, de matériaux et d'un support d'usinage, il vaut mieux usiner votre pièce à l'aide de la CNC. S'il y a des travaux plus urgents, ou si la pièce peut attendre, l'impression 3D permet généralement d'obtenir une pièce dès le lendemain, ce qui libère du temps pour des tâches plus importantes.

L'usinage CNC est généralement capable d'enlever de la matière beaucoup plus rapidement que l'impression 3D ne peut en déposer. La taille n’a généralement pas un impact très important sur le temps d’usinage. En revanche, la quantité de matière à enlever pour créer la pièce a un impact considérable sur la durée du processus. Si le rapport volume de la pièce/volume du stock est très faible (auquel cas l'enlèvement de matière est important), l'impression 3D peut être une bonne option.

Avec l'impression 3D, la taille de la pièce influe sur la durée nécessaire à la création : les pièces plus grandes prennent plus de temps à imprimer. Si une pièce tient dans la paume de votre main, vous pouvez généralement l'obtenir en quelques heures. Pour les petites pièces, il est souvent plus rapide d'imprimer en 3D que d'opter pour l’usinage CNC. Avec une machine CNC, se procurer du matériel, écrire le code G, sélectionner le support, installer les outils et nettoyer après prend du temps. Certaines pièces peuvent être imprimées en moins de temps qu'il faut pour préparer une machine CNC.

Usinage à l'extérieur de l'entreprise : Le processus d'externalisation des composants usinés auprès de services d'usinage CNC prend généralement plusieurs jours au minimum, entre l'examen des pièces, la création des dessins, l'envoi d'un devis et la vérification avec les services d'achat. Si l'on ajoute à cela les frais d'expédition et les délais de livraison du magasin, le processus peut s'avérer très long. Dans ce cas, l'impression peut être un moyen approprié de vérifier l'ajustement et la finition ou d'avoir une pièce prête le lendemain pendant qu'une pièce permanente est en découpe.

Combien vous en faut-il ?

Lorsque l'on analyse le coût des pièces usinées de faible volume, la majeure partie du coût provient du temps nécessaire à la programmation et à la mise au point ; le temps réel de découpe du métal est généralement assez court. L'augmentation du volume de production se fait généralement avec des installations plus grandes permettant de découper plus de pièces sans surveillance. Plus la complexité des pièces et le nombre de caractéristiques augmentent, plus le temps de programmation et le nombre de configurations requises sont susceptibles d’augmenter. Toutefois, le coût des unités supplémentaires diminue assez rapidement. En fonction de la géométrie, le coût unitaire de la CNC s'échelonne sur des centaines ou des milliers d'unités par mois, car la programmation et la configuration peuvent être réutilisées.

Avec l'impression 3D, la programmation (découpage) se fait en quelques minutes, et la complexité n'a que peu d'effet sur le temps de programmation. Tandis que le coût et l'effort de la première unité sont faibles, le volume affecte peu le coût par unité. L'augmentation du volume de production se fait généralement par la mise en service d'un plus grand nombre de machines.

Quel est votre budget pour l'équipement et les opérateurs ?

Les machines CNC peuvent fonctionner sans surveillance lorsqu'elles sont correctement paramétrées, mais des opérateurs et des programmeurs qualifiés à temps plein sont indispensables à leur réussite. Les machines ne sont pas toujours faciles à entretenir pour les propriétaires. Ils font donc souvent appel à un service externe de maintenance coûteux.

Lesimprimantes 3D peuvent facilement fonctionner sans surveillance, les opérateurs ont simplement besoin d'une formation initiale minime. La programmation est très facile grâce au logiciel. Les machines sont généralement faciles à entretenir et leurs coûts de maintenance sont beaucoup moins élevés.

Les machines CNC et les imprimantes 3D sont proposées à des prix variables en fonction de leurs caractéristiques et de leur qualité de fabrication, mais il est généralement possible d'acquérir une imprimante 3D pour un prix nettement inférieur à celui d'une machine CNC.

Le coût initial et le coût d'exploitation de la fabrication additive sont faibles, ce qui la rend idéale pour les applications à faible volume telles que le prototypage et l'outillage. Toutefois, lorsque les volumes sont plus importants, la fabrication soustractive et le façonnage sont plus rentables.

Demandez une démonstration

Quelle est votre position dans le débat CNC/impression 3D ?

La situation est rarement aussi simple que le remplacement d'un processus par un autre, et l'impression 3D ne résoudra pas tous vos problèmes de production du jour au lendemain. Les contraintes économiques limitent la rentabilité de l’impression 3D à de faibles volumes de production. D’autre part, les contraintes liées aux matériaux et aux processus peuvent limiter le champ d'application. L'usinage CNC, quant à lui, bénéficie d'économies d'échelle favorables dès que les quantités sont un peu plus élevées, généralement de l'ordre de centaines d'unités par mois.‍