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Impression 3D vs fraisage CNC :de quoi avez-vous besoin lors de la configuration d'un laboratoire de prototypage ?

Afin d'évaluer avec précision ce dont vous avez besoin lors de la mise en place d'un laboratoire de prototypage, la première chose à faire est de choisir entre l'impression 3D et le fraisage CNC.

Les deux options se sont avérées essentielles pour les processus de fabrication modernes, chacune présentant une liste d'avantages par rapport aux méthodes de fabrication traditionnelles. En fin de compte, lorsqu'il s'agit de l'impression 3D par rapport au fraisage CNC, « le choix de réaliser un prototype avec une machine CNC ou une imprimante 3D dépend de quelques éléments; la fourchette de prix, la taille de la pièce/prototype et le type de matériaux utilisés. »

C'est pourquoi nous avons décidé de remettre les pendules à l'heure et de dissiper quelques malentendus. Bien que l'impression 3D ait sans aucun doute sa place, il ne faut pas être myope lorsqu'il s'agit d'évaluer les mérites des fraiseuses CNC par rapport au prototypage industriel.

Ce qui suit est une ventilation des définitions, des historiques, des applications et des projections pour les deux processus à mesure que la fabrication moderne continue d'évoluer. En fin de compte, nous espérons que ces informations guideront votre décision en ce qui concerne les besoins spécifiques de votre entreprise lors de la mise en place d'un laboratoire de prototypage.

Définir l'impression 3D par rapport au fraisage CNC

Une explication simple de l'impression 3D « est un processus de fabrication par lequel des objets solides tridimensionnels (3D) sont créés. Il permet la création de modèles physiques 3D d'objets à l'aide d'une série de cadres de développement additifs ou en couches, où les couches sont posées successivement pour créer un objet 3D complet. Pour cette raison, l'impression 3D est également appelée fabrication additive.

Selon Investopedia, "la technologie d'impression 3D augmente déjà la productivité de la fabrication et a un tel potentiel qu'elle pourrait perturber massivement les industries de la logistique de fabrication et de la gestion des stocks - si elle peut être utilisée avec succès dans la production de masse et si la fabrication devient plus locale". /P>

D'autre part, « les machines à commande numérique par ordinateur (CNC) automatisent le contrôle des machines-outils grâce à l'utilisation d'un logiciel intégré dans un micro-ordinateur attaché à l'outil. Il est couramment utilisé dans la fabrication pour l'usinage de pièces métalliques et plastiques. »

Une idée fausse courante à propos de la CNC est que ce contrôle automatisé a un coût - littéralement. La CNC est souvent supposée à tort être plus chère, en partie parce que l'on pense qu'une main-d'œuvre hautement qualifiée est nécessaire. En réalité, l'usinage CNC s'est considérablement éloigné de ces vérités initiales.

Impression 3D - Un bref historique

Les applications modernes de l'impression 3D sont enracinées au début des années 1980. L'histoire de l'impression 3D est une étude en évolution rapide. Après le début de l'impression 3D en 1981, la stéréolithographie a vu le jour en 1984, qui est "une forme de technologie d'impression 3D utilisée pour créer des modèles, des prototypes, des motifs et des pièces de production couche par couche en utilisant des processus photochimiques par lesquels la lumière provoque des monomères chimiques". se lier pour former des polymères.”

L'industrie médicale a rapidement profité des avancées de l'impression 3D; d'abord en 1999, lorsque le Wake Forest Institute for Regenerative Medicine, dirigé par Anthony Atala, MD, a annoncé l'impression et la génération réussies de tissus de vessie humaine, qui ont ensuite été transférés à des individus avec peu de risque que leur système immunitaire rejette l'implant parce qu'il était construits à partir de leur propre structure cellulaire ou échafaudages.

Avance rapide jusqu'en 2016 lorsque «l'institut a annoncé avoir réussi à imprimer des structures de tissus vivants à l'aide d'une imprimante 3D spécialisée que ses chercheurs ont conçue pendant une décennie. Les scientifiques ont imprimé des structures auriculaires, osseuses et musculaires qui, une fois implantées chez des animaux, se sont transformées en tissu fonctionnel et ont développé un système de vaisseaux sanguins. »

Actuellement, « l'application d'impression 3D la plus avancée qui soit prévue est la bio-impression d'organes complexes. Il a été estimé que nous sommes à moins de 20 ans d'un cœur imprimable pleinement fonctionnel."

En ce qui concerne l'utilisation industrielle du prototypage rapide via l'impression 3D, "les fabricants accroissent leur recours à l'impression 3D dans le cadre de leurs stratégies de fabrication plus larges, la production utilisant jusqu'à 51 % de tous les répondants contre 38,7 % en 2018."

Cela ne devrait pas être surprenant, en particulier si l'on considère certains faits saillants publiés par Forbes' The State of 3D Printing, 2019 :

Selon ce rapport, huit industries figuraient dans l'étude de conception de la recherche :biens industriels (13,6 %), haute technologie (10,6 %), services (9,9 %), biens de consommation (8,6 %), santé et médecine (6,2 %), automobile. (5,7 %), l'aérospatiale et la défense (5,5 %) et l'éducation (4,9 %), illustrant le potentiel diversifié de l'impression 3D pour soutenir et bénéficier à divers secteurs verticaux.

Cependant, dans The Battle of Manufacturing:Additive vs. Subtractive, les machines CNC règnent en maître :"Bien que la fabrication additive ait fait des percées impressionnantes dans les industries aérospatiale et automobile, l'usinage CNC reste la référence pour la grande majorité des fabricants."

Comment les fraiseuses CNC sont nées

Comme indiqué dans l'historique et la définition de la CNC 100, les machines CNC, connues à l'origine sous le nom de machines NC, étaient «contrôlées par des circuits électriques complexes. Les machines à commande numérique lisaient et exécutaient une ligne de code à la fois à partir d'un programme de pièce perforé sur une bande de papier ou de mylar. »

Au fur et à mesure que la technologie des petits ordinateurs évoluait, les ordinateurs ont commencé à contrôler les machines-outils; d'où la naissance de la CNC en tant que processus de fabrication. À partir de cette première ligne de code, les machines CNC ont développé la capacité de stocker des centaines de programmes.

Pour une histoire approfondie des machines-outils CNC, Encyclopedia.com couvre toutes les bases. Il est intéressant de noter que :

Cependant, nous pouvons établir plusieurs faits saillants critiques présentés sur la chronologie suivante :

Actuellement, « les processus de fabrication courants qui utilisent des machines CNC comprennent le pliage, le perçage, le poinçonnage, le collage, le meulage, la découpe au laser, la découpe à la flamme et au plasma, le routage, le prélèvement et le placement, le soudage par ultrasons, etc. Les fraiseuses, les tours, l'usinage par décharge électrique et les découpeuses à jet d'eau fonctionnent souvent à l'aide de CNC. »

Un examen rapide de l'histoire de l'impression 3D et des machines CNC met en évidence le potentiel de l'une ou l'autre pour optimiser vos processus de fabrication lors de la mise en place d'un laboratoire de prototypage.

Évaluation des processus de fabrication additifs et soustractifs

Afin de déterminer si votre laboratoire de prototypage nécessite une impression 3D ou des fraiseuses CNC, vous devez d'abord déterminer si vos produits sont conçus pour être livrés de la manière la plus efficace et efficiente selon les processus de fabrication additifs ou soustractifs.

L'un des principaux avantages de la soustraction par rapport à l'additif est que «en plus d'éliminer la superposition des processus additifs, les processus soustractifs présentent d'autres avantages. Ils offrent une variété de finitions de surface, éliminant les surfaces «en escalier» souvent trouvées dans de nombreux procédés additifs. La finition peut être fonctionnellement importante si les pièces doivent glisser et esthétiquement importante si les prototypes doivent être utilisés dans des tests de marché. »

Il est utile de prendre en compte les types d'applications pris en charge par ces processus.

Comprendre les applications additives et soustractives

Bien que le nouveau venu entre les deux, "la fabrication additive est déjà utilisée pour produire une gamme impressionnante de produits." Ces produits sont principalement utilisés dans les secteurs suivants :aérospatiale, automobile, santé et développement de produits.

Malgré la nature tendance de l'impression 3D dans diverses industries, le fait demeure :« La fabrication soustractive vous donne la possibilité de concevoir, de prototyper et de fabriquer des matériaux d'utilisation finale. C'est un choix approprié pour les pièces utilisées pour les petites et grandes séries, pour obtenir des finitions spécifiques, ou pour obtenir des propriétés mécaniques spécifiques."

Pour cette raison, « Les procédés soustractifs sont très largement utilisés dans la fabrication… Tournage, fraisage, perçage, sciage, taraudage et taillage d'engrenages sont quelques exemples de procédés soustractifs impliquant la coupe du métal qui sont traditionnellement réalisés dans des machines spécialisées. ”

Outre les applications, il existe d'autres facteurs à prendre en compte lors de la pesée de l'impression 3D et de l'usinage CNC.

Écoutez le bruit et les vibrations

Quand on pense à certains des outils de base utilisés dans l'usinage CNC :fraiseuse, tour, découpeuse plasma, usinage par décharge électrique, machine multibroche, découpeuse à jet d'eau, il n'est pas difficile d'imaginer que les procédés de fabrication soustractifs produisent plus de bruit et de vibrations sur- site que la fabrication additive comme l'impression 3D. En fonction de votre emplacement, cela vous indiquera probablement ce dont vous avez besoin pour configurer votre laboratoire de prototypage optimal.

Qu'est-ce qui est le plus facile à utiliser ? Imprimantes 3D ou machines CNC

En général, l'impression 3D est présentée comme une opération plus facile par rapport aux CNC. La principale raison en est « parce qu'une fois le fichier préparé, il vous suffit de choisir l'orientation de la pièce, le remplissage et les supports si nécessaire. Ensuite, une fois l'impression commencée, aucun superviseur n'est requis et l'imprimante peut être laissée jusqu'à ce que la pièce soit terminée."

Étant donné que les CNC sont plus impliquées, en ce qui concerne la main-d'œuvre, il existe une croyance répandue selon laquelle l'usinage CNC nécessite un machiniste qualifié. Bien que cela ait pu être le cas à l'époque, les temps ont changé.

Notre machine DATRON intègre plusieurs fonctionnalités qui permettent une configuration facile. En fait, la machine peut guider un utilisateur novice tout au long du processus en huit étapes de configuration d'une machine CNC pour la première fois. En fin de compte, il ne faut en moyenne qu'un à deux jours d'entraînement pour se sentir à l'aise et en confiance avec la technologie.

L'interface est conçue pour ressembler et fonctionner de la même manière qu'un smartphone, avec une caméra et un système de sonde mécanique qui enregistre automatiquement la pièce, atténuant le besoin d'un technicien qualifié pour saisir ces informations. Les solutions de serrage intégrées et la technologie des outils de coupe sont inclusives, gardant l'ensemble du processus en interne en éliminant le besoin de spécifier et d'acheter des composants similaires ailleurs.

Connaissez vos limites :précision, taille et complexité géométrique

Lorsque vous envisagez l'impression 3D par rapport à l'usinage CNC, quelle est la meilleure option pour votre prototype ? Josh Biggs déclare :« Pour un, l'usinage CNC est une excellente option si vous recherchez une grande précision dimensionnelle. De plus, l'usinage CNC peut travailler avec des matériaux qui ne peuvent pas encore être imprimés, comme le bois, par exemple. L'usinage CNC bat également l'impression 3D lorsqu'il s'agit de travailler avec des métaux et fonctionne tout aussi bien avec des plastiques."

Il poursuit en affirmant que «De plus, les machines CNC offrent généralement des résultats plus précis. Les machines CNC sont le meilleur choix si vous avez besoin de pièces très étroites ou si vous avez des tolérances incroyablement serrées. Rien d'autre ne correspond aux tolérances de 0,01 mm."

Même l'équipe de 3Dnatives, qui se consacre aux détails de la fabrication additive et à tout ce qui touche à l'impression 3D, rapporte un avantage considérable de la fabrication soustractive :"En termes de tolérance, l'usinage CNC est supérieur à tous les procédés d'impression 3D."

Cependant, lorsqu'il s'agit de fabriquer des pièces à haute complexité géométrique, l'impression 3D a l'avantage.

Peser les coûts :impression 3D vs CNC

Comme vous pouvez le voir, la fabrication n'est pas une proposition de solution unique. Le montant d'argent requis pour votre laboratoire de prototypage dépendra non seulement de ce que vous produisez, mais aussi de la taille et du nombre d'articles que vous produirez.

Par exemple, selon la simple analyse coûts-avantages de Biggs :

Interesting Engineering a publié Common Misconceptions about CNC Machining Production, dissipant le mythe des processus CNC coûteux :

De toute évidence, l'itinéraire le plus rentable pour votre entreprise est mieux déterminé par vos conceptions et plans de produits spécifiques.

En ce qui concerne les imprimantes 3D, les options, les tailles et la gamme de prix couvrent toute la gamme, tout comme ce que chacune peut réellement imprimer à partir de différents matériaux. En plus des coûts de matériaux inconnus ou mal définis, les opérateurs ont généralement besoin d'une formation d'un expert résident, ce qui représente un investissement dans la formation du personnel.

Avec l'équipement DATRON, nos machines de découpe acceptent le plastique, le bois, l'aluminium et l'acier de n'importe quel fournisseur, ce qui vous permet d'estimer et d'établir votre coût des matériaux à l'avance. Comme nous l'avons expliqué, aucune formation avancée n'est requise pour faire fonctionner nos machines, ce qui vous permet d'économiser du personnel et fait des machines CNC DATRON une alternative plus rentable.

Ne pas gaspiller, ne pas vouloir

Compte tenu de la nature de la fabrication soustractive - en enlevant des couches de matériau pour créer un produit - sans parler des types d'outils d'usinage CNC requis, il n'est pas surprenant que les machines CNC puissent laisser un peu de désordre.

Energy.gov a évalué la quantité de désordre et ce que ce gaspillage pourrait signifier dans l'examen de 2015, Innovating Clean Energy Technologies in Advanced Manufacturing. Le rapport met en évidence un avantage de la fabrication additive comme son potentiel "d'économiser de l'énergie en éliminant les étapes de production, en utilisant beaucoup moins de matériaux, en permettant la réutilisation des sous-produits et en produisant des produits plus légers".

Le rapport continue :

Présentation d'un acte plus propre

Chez DATRON, nous avons affiné notre équipement d'usinage à grande vitesse afin d'éliminer les dégâts, ce qui permet de retirer les pièces finies sans ébavurage ni dégraissage.

De plus, les outils et accessoires CNC de DATRON offrent le régime le plus élevé disponible dans la machine la plus compacte du marché - considérez cela comme notre propre initiative verte.

En règle générale, les fraiseuses CNC à capacités industrielles sont équipées de gros moteurs qui génèrent beaucoup de chaleur, ce qui nécessite de l'huile pour refroidir et lubrifier les composants de la machine. L'élimination du pétrole est nécessaire, mais le processus présente un risque pour l'environnement, comme nous l'avons vu lors de déversements majeurs dans le passé.

Étant donné que nous n'avons pas besoin de la même quantité de chaleur, d'huile ou de liquide de refroidissement pour entretenir les machines, nous offrons de meilleures économies d'énergie à partir d'une empreinte beaucoup plus petite.

Le verdict :l'impression 3D par rapport à l'usinage CNC

Ce dont vous avez besoin dans votre laboratoire de prototypage professionnel, qu'il s'agisse d'impression 3D ou d'usinage CNC, est mieux déterminé par votre produit spécifique. Bien que nous espérons que les informations partagées ici ont fourni une certaine clarté, la vérité est que l'impression 3D et l'usinage CNC peuvent fonctionner - ou même se compléter, en fonction de vos besoins de fabrication.

En fait, il existe plusieurs cas où vous devriez combiner l'impression 3D et l'usinage CNC, principalement en raison des tolérances, du temps et/ou d'une pièce de taille importante; de plus, « La combinaison de ces deux processus ne nécessite pas le flux de travail complexe que vous envisagez peut-être. Tout aussi important, il peut offrir plusieurs avantages significatifs à votre entreprise de fabrication. »

Pour une discussion plus approfondie sur le processus de fabrication ou la combinaison de processus idéale pour votre laboratoire de prototypage, contactez-nous. Nous sommes rapides à répondre et désireux de partager notre expertise.


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