Soustractif vs Additif : Choisir la Bonne Méthode de Prototypage Rapide

Avec la fabrication additive et les imprimantes 3D étant un sujet si brûlant, il est important de se rappeler pourquoi les procédés soustractifs comme le fraisage restent incroyablement importants pour le prototypage rapide. Mais d'abord, examinons certains avantages et limitations du prototypage rapide additif (ou fabrication numérique directe).

Avantages du prototypage rapide additif

Le processus de prototypage rapide additif assemble et fusionne des matériaux comme des résines liquides, couche par couche, pour produire un objet 3D à partir de données de modèle. Le prototypage rapide additif est généralement simple, relativement peu coûteux et rapide. Il permet également une complexité substantielle dans les cavités ou zones internes d'une pièce qui nécessiteraient des déports et pourraient même être impossibles avec des procédés soustractifs comme le fraisage.

Limitations du prototypage rapide additif

Le principal inconvénient du prototypage rapide additif est que la pièce résultante n'est généralement pas faite d'un matériau d'utilisation finale comme le métal… et même si c'est le cas, elle manque d'intégrité structurelle. C'est parce que le point où une couche est jointe à une autre ne possède pas la résistance physique d'un bloc solide du même matériau (sans couches ni joints).

Prototypage rapide soustractif avec matériaux d'utilisation finale

Le prototypage rapide soustractif offre la capacité de prototyper dans des matériaux d'utilisation finale. Puisque le fraisage ou l'usinage enlève de la matière d'un bloc plus grand, la pièce finie a une composition solide plutôt qu'une composition en couches comme dans le prototypage additif avec imprimantes 3D. Cela confère une intégrité structurelle supérieure, critique si la pièce prototype doit être utilisée pour des tests produit. Les tests produit avec une pièce faite par prototypage soustractif permettent une analyse précise de la viabilité et même de la durabilité de la pièce, puisqu'elle est faite du même matériau que les pièces de production.

Une gamme plus large de finitions et textures avec le prototypage soustractif

Les procédés de prototypage rapide soustractif offrent également une gamme plus large de finitions de surface pour le prototype terminé, par opposition à la « finition en escalier » standard souvent obtenue en prototypage additif avec une imprimante 3D. Cela peut aller d'une surface complètement lisse avec un aspect miroir à des surfaces avec textures fraisées ou gravées. Ainsi, le prototypage rapide soustractif avec une machine de fraisage CNC à grande vitesse est capable de produire des pièces prototypes avec une répétabilité adaptée à la production d'utilisation finale. La finition de surface lisse obtenue par usinage grande vitesse peut être fonctionnellement bénéfique si la pièce doit glisser, et esthétiquement bénéfique si le prototype est utilisé pour des tests de marché.

Prototypage rapide additif vs soustractif

Pour illustrer les points ci-dessus, nous avons demandé à nos ingénieurs d'application de prototyper rapidement une pièce en utilisant les deux procédés. Comme notre passe-temps favori après les heures de travail (clin d'œil) est le baby-foot, ils ont décidé de fabriquer un « remplaçant » de bonhomme de baby-foot pour test. Cette décision était basée sur un besoin réel – nous avions récemment cassé l'un des bonhommes de notre table de baby-foot vintage de 1985. En utilisant le prototypage rapide additif (impression 3D), ils ont pu concevoir un bonhomme rudimentaire en environ 90 minutes. De là, ils ont commencé l'impression et en un peu plus d'une heure, la pièce ci-dessous était terminée.

En utilisant le prototypage rapide soustractif (fraisage grande vitesse), la programmation de la pièce a pris beaucoup plus de temps : 3h45. Cependant, le fraisage de la pièce ci-dessous a été considérablement plus rapide que l'impression 3D et a pris 28 minutes.

Test produit : prototype additif vs prototype soustractif

Bien sûr, nous devions « tester » la pièce. Dans une série de 4 parties plutôt acharnées en utilisant chaque prototype, voici ce que nous avons trouvé. En termes de fonctionnalité et de durabilité, le prototype soustractif était le grand gagnant. Non seulement il a tenu le coup pendant les 4 parties, mais la composition solide de la pièce a permis des tirs plus puissants à haute vélocité. De plus, il aurait clairement tenu pour des centaines d'autres parties. En comparaison, la pièce imprimée 3D a commencé à montrer des signes de délaminage sur son côté droit à mi-chemin de la partie 3 – et à la partie 4, nous avons dû la réparer avec du scotch pour finir notre « test produit ». Les dommages ont révélé la composition interne de la pièce imprimée 3D comme on le voit ci-dessous.

La nature plutôt creuse de cette pièce a éclairé pourquoi nous ne pouvissions pas obtenir des tirs puissants avec ce bonhomme. En analysant la finition de surface des deux pièces, nous avons estimé que le prototype soustractif était… eh bien, simplement plus attrayant. De plus, le procédé de fraisage offrait plus de flexibilité pour obtenir différentes finitions. Par exemple, nous avons pu rendre la majorité du prototype soustractif très lisse tout en donnant à la section du pied une finition plus texturée pour une meilleure « accroche » ou contrôle de balle. En revanche, la finition « en escalier » inhérente au prototype additif servait bien pour le contrôle de balle… mais n'était pas très esthétique sur l'ensemble de la pièce.

La machine CNC ultime pour le prototypage rapide soustractif :

L'introduction l'an dernier de la DATRON neo, machine de fraisage grande vitesse compacte, rend le prototypage rapide soustractif plus abordable et viable que jamais. De plus, sa taille compacte et son fonctionnement par écran tactile la rendent facile à utiliser et à intégrer dans les environnements « type laboratoire » les plus exigus.