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CNC ou impression 3D :quelle est la meilleure façon de fabriquer votre pièce ?

Présentation

Le développement de matériaux d'impression 3D plus résistants a encouragé les fabricants de tous les secteurs à explorer l'impression CNC par rapport à l'impression 3D et à trouver des moyens d'imprimer en 3D des pièces fonctionnelles qui étaient auparavant usinées CNC. Le processus d'impression 3D peut faire gagner un temps et un argent considérables aux fabricants, tout en générant la qualité nécessaire à une production de niveau industriel.

Les fabricants qui font le changement peuvent utiliser un logiciel d'impression 3D pour prototyper et produire des pièces en une seule journée, pour une fraction du coût de l'usinage CNC traditionnel. Cependant, il existe encore plusieurs domaines clés où la CNC peut toujours être le bon choix.

Du physique au financier, passons en revue certains des domaines clés à évaluer avant de décider entre l'impression CNC et l'impression 3D.

Lisez notre guide d'achat d'imprimante 3D

Considérations physiques

Géométrie

Taille de la fonctionnalité : Les processus d'impression CNC et 3D sont limités par la taille de l'outil ; dans le cas de la CNC, le diamètre de l'outil dicte la plus petite caractéristique négative qui peut être créée. Dans le cas de l'impression 3D, cependant, le diamètre de la buse dicte la plus petite caractéristique positive qui peut être produite. Le diamètre de la buse pour les imprimantes 3D basées sur l'extrusion est généralement compris entre 0,25 mm et 0,8 mm, et la taille minimale des caractéristiques pour ces machines est 4 fois supérieure, ce qui entraîne une taille minimale des caractéristiques entre 1,0 mm et 3,2 mm.

Pour plus de détails sur la taille minimale des caractéristiques pour le renforcement des fibres continues, nous avons créé un guide sur les 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 pour l'ajustement et la finition, mais pour les pièces qui nécessitent une douceur exceptionnelle pour l'accouplement avec d'autres composants de précision, l'usinage CNC peut être préférable.

Tolérances : Certaines des meilleures imprimantes 3D composites peuvent contenir des tolérances dimensionnelles jusqu'à +/- 0,005 "et ont généralement une surface conforme pour l'ajustement à la presse. Les caractéristiques de tolérance étroite sur les pièces imprimées en 3D peuvent être post-usinées. Cependant, en fonction des autres caractéristiques de la pièce, il peut être plus facile d'usiner l'ensemble. Vos 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 cibles faciles pour l'impression 3D conventionnelle. Les pièces structurelles qui doivent résister à des charges physiques importantes peuvent être produites avec un renforcement en fibres continues ou par usinage CNC. Alors que le renforcement continu des fibres peut apporter une amélioration significative de la résistance par rapport aux autres pièces imprimées en 3D, les pièces composites sont plus résistantes sur deux axes (X, Y) qu'en Z et ne présentent pas de propriétés isotropes comme les pièces métalliques. Pour en savoir plus sur la façon dont cela peut affecter les conceptions et l'orientation des pièces pour l'impression, lisez cet article sur le remplissage de fibres isotropes, qui explore ces pièces plus en profondeur.

Consultez notre livre blanc sur la façon d'imprimer en 3D vos propres outils et accessoires

Environnement

L'impression 3D et l'usinage CNC sont tous deux capables de produire des pièces en métaux et en polymères. Le choix dépendra donc du processus le plus facilement disponible pour former le matériau dont vous avez besoin.

Température : L'impression 3D et l'usinage CNC sont tous deux capables de produire des pièces en métaux et en polymères. Le choix dépendra donc du processus le plus facilement disponible pour former le matériau dont vous avez besoin. La température de service d'un métal particulier a généralement une certaine relation avec sa température de fusion. "Les métaux purs s'affaiblissent généralement sérieusement à environ la moitié du point de fusion sur l'échelle de température absolue (point de fusion en degrés F plus 459)." Les alliages peuvent généralement pousser la plage utile plus haut, dans certains cas jusqu'à environ 65% de la température de fusion.

Les composites et polymères imprimés en 3D ont des limites de température de service inférieures à celles des métaux. Les matériaux forgés ne doivent généralement pas être utilisés pendant des périodes prolongées à des températures élevées supérieures à 150 °C.

Humidité :Certains filaments polymères absorbent l'humidité et peuvent perdre de leur résistance en cas d'exposition prolongée ou d'immersion. Un revêtement, tel que Liquitex, peut être requis. L'humidité n'affecte généralement pas l'aluminium, mais peut provoquer la rouille de l'acier.

Produits chimiques : Si votre pièce sera soumise à des produits chimiques, vérifiez la compatibilité chimique de votre matériau avec le produit chimique. Bien que de nombreux métaux conviennent à une utilisation avec une variété de produits chimiques, vérifiez toujours la compatibilité avant d'introduire un nouveau matériau ou un nouvel environnement. Les matériaux à base de nylon Markforged sont résistants aux produits chimiques et ne sont pas affectés par la plupart des produits pétrochimiques. Ils ne sont pas adaptés à une utilisation dans des environnements acides ou basiques forts.

Considérations économiques

Quand en avez-vous besoin ?

Usinage en interne :Si la pièce est nécessaire immédiatement, qu'il n'y a pas d'autres retards à l'opération et que vous disposez d'une machine, d'un opérateur, de matériaux et d'un dispositif de serrage, vous devez usiner votre pièce par CNC. S'il y a des travaux plus urgents ou si la pièce peut attendre, l'impression 3D peut généralement vous permettre de prendre en main une pièce le lendemain, libérant ainsi du temps pour l'opérateur pour des tâches plus critiques.

L'usinage CNC est généralement capable d'éliminer la matière beaucoup plus rapidement que l'impression 3D ne peut la déposer. La taille ne joue généralement pas autant dans la contrainte de temps pour l'usinage ; la quantité d'enlèvement de matière requise est beaucoup plus critique. Si le rapport volume de pièce/volume de stock est très faible (l'enlèvement de matière est élevé), l'impression 3D peut être une bonne option.

Avec l'impression 3D, la taille de la pièce affecte le temps; les pièces plus grandes prennent plus de temps à imprimer. si une pièce tient dans la paume de votre main, vous pouvez généralement l'avoir le jour même. Avec des pièces plus petites, il peut souvent être plus rapide d'imprimer en 3D que d'usiner. Avec une machine CNC, vous devez passer du temps à obtenir des stocks, à écrire du code G, à déterminer la tenue du travail, à configurer les outils et à nettoyer après. Certaines pièces peuvent être imprimées dans le temps qu'il faut juste pour préparer une machine CNC.

Usinage hors maison : Le processus d'externalisation des composants usinés vers des services d'usinage CNC nécessite généralement plusieurs jours au minimum, entre l'examen des pièces, la création de dessins, l'envoi d'un devis et l'examen avec l'achat. Ceci, plus l'expédition et le délai de livraison de la boutique, peut parfois entraîner un processus très long. L'impression, dans ce cas, peut être un moyen approprié de vérifier l'ajustement et la finition ou de préparer une pièce le lendemain pendant qu'une pièce permanente est en cours de découpe.

Combien avez-vous besoin ?

Lorsque vous décomposez le coût des pièces usinées à faible volume, la majeure partie du coût provient du temps nécessaire à la programmation et à la configuration ; le temps réel pour couper le métal est généralement assez court. L'augmentation du volume de production est généralement obtenue en créant des configurations plus grandes pour couper plus de pièces sans surveillance. À mesure que la complexité des pièces et le nombre de fonctionnalités augmentent, le temps de programmation et le nombre de configurations requises peuvent également augmenter. Cependant, le coût des unités supplémentaires diminue assez rapidement. Selon la géométrie, le coût unitaire de la CNC s'échelonne bien en commandes de centaines ou de milliers d'unités par mois, car la programmation et la configuration peuvent être réutilisées.

Avec l'impression 3D, la programmation (tranchage) se fait en quelques minutes, et la complexité a peu d'effet sur le temps de programmation. Alors que le premier coût unitaire et l'effort sont faibles, le coût unitaire n'est pas beaucoup affecté par le volume. L'augmentation du volume de production est généralement obtenue en mettant plus de machines en ligne.

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

Les machines CNC peuvent fonctionner sans surveillance lorsqu'elles sont correctement configurées, mais des opérateurs et des programmeurs à temps plein généralement formés sont essentiels au succès. Les machines ne sont pas toujours faciles à entretenir pour les propriétaires, ce qui nécessite des plans de maintenance coûteux.

Les imprimantes 3D peuvent facilement fonctionner sans surveillance, les opérateurs nécessitent une formation minimale et la programmation est facilitée par le logiciel. Les machines sont généralement faciles à entretenir et ont des coûts de maintenance beaucoup moins élevés.

Les machines CNC et les imprimantes 3D sont proposées dans une gamme de prix basée sur les caractéristiques et la qualité de fabrication, mais les imprimantes 3D peuvent généralement être achetées pour un investissement 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. Cependant, lors d'une mise à l'échelle vers des volumes plus élevés, la fabrication et le formage soustractifs sont plus rentables.

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Où devriez-vous tomber dans le débat CNC vs impression 3D ?

Le cas est rarement aussi simple qu'un remplacement de processus individuel, et l'impression 3D ne résoudra pas tous vos problèmes de production du jour au lendemain. Les contraintes économiques limitent la quantité de pièces rentable pour l'impression 3D à de faibles volumes, et les contraintes de matériaux et de processus peuvent limiter l'espace d'application. L'usinage CNC, en revanche, permet des économies d'échelle favorables une fois que les quantités sont un peu plus élevées, généralement de l'ordre de centaines d'unités par mois.


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