Choisir le matériau CNC optimal : Guide performance, coût et application

L'usinage CNC peut produire des pièces à partir de presque n'importe quel métal ou plastique. Il existe donc une énorme gamme de matériaux disponibles pour les pièces produites par fraisage et tournage CNC. Sélectionner le bon pour votre application peut être un vrai défi, et comprendre les avantages et usages optimaux de chaque matériau disponible peut être crucial.

Dans cet article, nous comparons les matériaux CNC les plus courants, en termes de propriétés mécaniques et thermiques, de coût et d'applications typiques (et optimales).

Comment sélectionner les bons matériaux CNC ?

Quand vous concevez une pièce à usiner en CNC, choisir les bons matériaux est essentiel. Voici les étapes de base que nous recommandons de suivre pour sélectionner les bons matériaux pour vos pièces sur mesure.

• Définir les exigences matériaux : Celles-ci peuvent inclure des exigences mécaniques, thermiques ou autres, ainsi que le coût et la finition de surface. Considérez comment vous utiliserez vos pièces et dans quel environnement elles évolueront.

• Identifier les matériaux candidats : Ciblez quelques matériaux candidats qui répondent à toutes (ou la plupart) de vos exigences de conception.

• Sélectionner le matériau le plus adapté : Un compromis est généralement nécessaire ici entre deux ou plusieurs exigences de conception (par exemple, performance mécanique et coût).

Dans cet article, nous nous concentrerons sur l'étape deux. En utilisant les informations présentées ci-dessous, vous pouvez identifier les matériaux les plus adaptés à votre application, tout en gardant votre projet dans le budget.

Quelles sont les directives de Hubs pour choisir les matériaux CNC ?

Dans les tableaux ci-dessous, nous résumons les caractéristiques pertinentes des matériaux CNC les plus courants, recueillies en examinant les fiches techniques fournies par les fabricants de matériaux. Nous séparons les métaux et les plastiques en deux catégories distinctes.

Les métaux sont principalement utilisés dans les applications nécessitant une haute résistance, dureté et résistance thermique. Les plastiques sont des matériaux légers avec une large gamme de propriétés physiques, souvent utilisés pour leur résistance chimique et leurs capacités d'isolation électrique.

Dans notre comparaison des matériaux CNC, nous nous concentrons sur la résistance mécanique (exprimée comme limite d'élasticité en traction), l'usinabilité (la facilité d'usinage affecte le prix CNC), le coût, la dureté (principalement pour les métaux) et la résistance à la température (principalement pour les plastiques).

Voici une infographie que vous pouvez utiliser comme référence rapide pour identifier rapidement les matériaux CNC répondant à des besoins d'ingénierie spécifiques :

Matériau	Nuance	Résistance*	Dureté+	Usinabilité	Coût	Applications typiques
Aluminium	6061	Moyenne	Moyenne	★★★★★	$	Usage général, composants aéronautiques, pièces auto, cadres vélo, contenants alimentaires
	6082	Moyenne	Moyenne	★★★★★	$	Usage général, pièces auto, contenants alimentaires
	7075	Élevée	Moyenne	★★★★	$$$	Composants aéronautiques & aérospatiaux, pièces auto, applications marines, équipement sport
	5083	Moyenne	Faible	★★★★★	$$	Applications marines, construction, vessels sous pression
Acier inoxydable	304	Élevée	Moyenne	★★	$$$	Usage général, dispositifs médicaux, industrie alimentaire, marine, traitement chimique
	316	Élevée	Moyenne	★★	$$$$	Équipement préparation alimentaire, marine, architecture, implants chirurgicaux, contenants chimiques
	2205 Duplex	Élevée	Élevée	★	$$$$$	Pétrole & gaz, marine, traitement chimique, échangeurs de chaleur
	303	Élevée	Élevée	★★★	$$$$	Composants aéronautiques, pièces machines, écrous, boulons, engrenages, bagues
	17-4	Élevée	Très élevée	★★	$$$$$	Pales de turbine, marine, vessels chimiques, pétrole & gaz, nucléaire
Acier doux	1018	Moyenne	Moyenne	★★★	$$	Usage général, pièces machines, gabarits & montages
	1045	Moyenne	Élevée	★★	$$$	Usage général, pièces machines
	A36	Élevée	Moyenne	★★★	$$	Construction, pièces machines, gabarits & montages
Acier allié	4140	Moyenne	Élevée	★★	$$$	Usage général, pièces machines, outillage
	4340	Élevée	Élevée	★★	$$$	Train d'atterrissage aéronautique, transmission puissance, outillage
Acier à outils	D2	Élevée	Très élevée	★	$$$$	Outillage travail à froid, matrices & estampes, outils de coupe & couteaux
	A2	Élevée	Très élevée	★	$$$$	Outillage travail à froid, matrices & estampes, outils de coupe & couteaux
	O1	Élevée	Très élevée	★	$$$$	Outillage travail à froid, matrices & estampes
Laiton	C36000	Moyenne	Moyenne	★★★★★	$$	Pièces mécaniques, vannes & buses, architecture

• *: Limite d'élasticité en traction - Moyenne : 200-400 MPa, Élevée : 400-600 MPa
• +: Dureté - Moyenne : 50-90 HRB, Élevée : 90 HRB - 50 HRC, Très élevée : au-dessus de 50 HRC

Matériau	Résistance*	Température d'utilisation+	Usinabilité	Coût	Applications typiques
ABS	Moyenne	Jusqu'à 60°C	★★★	$$	Auto, boîtiers électroniques, tubes & raccords, produits de consommation
Nylon	Élevée	Jusqu'à 100°C	★	$$	Pièces auto, pièces mécaniques, fixations
Polycarbonate (PC)	Élevée	Jusqu'à 120°C	★★	$$	Architecture, auto, boîtiers électroniques, contenants alimentaires
POM (Delrin)	Moyenne	Jusqu'à 82°C	★★★★	$$	Pièces mécaniques, boîtiers électroniques, bagues & raccords
PTFE (Teflon)	Faible	Jusqu'à 260°C	★★★★	$$	Applications haute température, traitement chimique, boîtiers électroniques, transformation alimentaire
HDPE	Faible	Jusqu'à 80°C	★	$$	Contenants chimiques, tubes & raccords, produits de consommation
PEEK	Élevée	Jusqu'à 260°C	★★	$$$$	Applications médicales, traitement chimique, transformation alimentaire, vannes haute pression

• *: Limite d'élasticité en traction - Faible : 5-30 MPa, Moyenne : 30-60 MPa, Élevée : 60-100 MPa
• +: Température maximale d'utilisation recommandée pour un usage constant

Qu'est-ce que l'aluminium ? L'alliage robuste et économique

Les alliages d'aluminium ont un excellent rapport résistance/poids, une haute conductivité thermique et électrique et une protection naturelle contre la corrosion. Ils sont faciles à usiner et rentables en volume, ce qui en fait souvent l'option la plus économique pour produire des prototypes et d'autres types de pièces.

Bien que les alliages d'aluminium aient généralement une résistance et une dureté inférieures aux aciers, ils peuvent être anodisés, créant une couche dure et protectrice sur leur surface.

Décortiquons les différents types d'alliages d'aluminium.

• L'aluminium 6061 est l'alliage d'aluminium le plus courant, à usage général, avec un bon rapport résistance/poids et une excellente usinabilité.

• L'aluminium 6082 a une composition et des propriétés matériaux similaires au 6061. Il est plus couramment utilisé en Europe (car conforme aux normes britanniques).

• L'aluminium 7075 est l'alliage le plus couramment utilisé en applications aérospatiales où la réduction de poids est critique. Il a d'excellentes propriétés de fatigue et peut être traité thermiquement pour atteindre haute résistance et dureté, le rendant comparable aux aciers.

• L'aluminium 5083 a une résistance supérieure à la plupart des autres alliages d'aluminium et une résistance exceptionnelle à l'eau de mer. Cela le rend optimal pour la construction et les applications marines. C'est aussi un excellent choix pour le soudage.

Caractéristiques matériaux :

• Densité typique des alliages d'aluminium : 2,65-2,80 g/cm³

• Peut être anodisé

• Non magnétique

Qu'est-ce que l'acier inoxydable ? L'alliage fort et durable

Les alliages d'acier inoxydable ont une haute résistance, une haute ductilité, une excellente résistance à l'usure et à la corrosion et peuvent être facilement soudés, usinés et polis. Selon leur composition, ils peuvent être soit (essentiellement) non magnétiques, soit magnétiques.

Décortiquons les types d'acier inoxydable que nous proposons sur la plateforme.

• L'acier inoxydable 304 est l'alliage d'acier inoxydable le plus courant. Il a d'excellentes propriétés mécaniques et une bonne usinabilité. Il résiste à la plupart des conditions environnementales et milieux corrosifs.

• L'acier inoxydable 316 est un autre alliage courant avec des propriétés mécaniques similaires au 304. Il a une résistance à la corrosion et chimique plus élevée, surtout aux solutions salines (ex: eau de mer), le rendant souvent meilleur pour les environnements plus rudes.

• L'acier inoxydable 2205 Duplex a la résistance la plus élevée (le double des alliages d'acier inoxydable courants) et une excellente résistance à la corrosion. Il est utilisé dans des environnements extrêmes, avec de nombreuses applications dans le Pétrole & Gaz.

• L'acier inoxydable 303 a une excellente ténacité, mais une résistance à la corrosion inférieure au 304. Grâce à son excellente usinabilité, il est souvent utilisé en applications à haut volume, comme la production d'écrous et boulons pour l'aéronautique.

• L'acier inoxydable 17-4 (grade SAE 630) a des propriétés mécaniques comparables au 304. Il peut être durci par précipitation à un degré très élevé (comparable aux aciers à outils) et a une excellente résistance chimique, le rendant adapté aux applications très haute performance, comme la fabrication de pales pour éoliennes.

Caractéristiques matériaux :

• Densité typique : 7,7-8,0 g/cm³

• Alliages d'acier inoxydable non magnétiques : 304, 316, 303

• Alliages d'acier inoxydable magnétiques : 2205 Duplex, 17-4

Qu'est-ce que l'acier doux ? L'alliage usage général

Les aciers doux sont aussi appelés aciers à faible teneur en carbone et ont de bonnes propriétés mécaniques, une grande usinabilité et une bonne soudabilité. Parce qu'ils sont relativement peu coûteux, les fabricants les utilisent pour de nombreuses applications usage général, comme les gabarits et montages. Les aciers doux sont sensibles à la corrosion et aux attaques chimiques.

Décortiquons les types d'aciers doux disponibles sur la plateforme.

• L'acier doux 1018 est un alliage usage général avec bonne usinabilité et soudabilité et excellente ténacité, résistance et dureté. C'est l'alliage d'acier doux le plus couramment utilisé.

• L'acier doux 1045 est un acier à carbone moyen avec bonne soudabilité, bonne usinabilité et haute résistance et résistance aux chocs.

• L'acier doux A36 est un acier de construction courant avec bonne soudabilité. Il convient à une variété d'applications industrielles et de construction.

Caractéristiques matériaux :

• Densité typique : 7,8-7,9 g/cm³

• Magnétique

Qu'est-ce que l'acier allié ? L'alliage plus résistant à l'usure

Les aciers alliés contiennent d'autres éléments d'alliage en plus du carbone, résultant en une dureté, ténacité, fatigue et résistance à l'usure améliorées. Similaires aux aciers doux, les aciers alliés sont sensibles à la corrosion et aux attaques chimiques.

• L'acier allié 4140 a de bonnes propriétés mécaniques globales, avec bonne résistance et ténacité. Cet alliage convient à de nombreuses applications industrielles mais n'est pas recommandé pour le soudage.

• L'acier allié 4340 peut être traité thermiquement à des niveaux élevés de résistance et dureté, tout en conservant sa bonne ténacité, résistance à l'usure et à la fatigue. Cet alliage est soudable.

Caractéristiques matériaux :

• Densité typique : 7,8-7,9 g/cm³

• Magnétique

Qu'est-ce que l'acier à outils ? L'alliage exceptionnellement résistant et tenace

Les aciers à outils sont des alliages métalliques avec une dureté, rigidité, résistance à l'abrasion et thermique exceptionnellement élevées, pour autant qu'ils subissent un traitement thermique. Ils sont utilisés pour créer des outils de fabrication (d'où le nom) tels que matrices, estampes et moules.

Décortiquons les aciers à outils que nous proposons chez Hubs.

• L'acier à outils D2 est un alliage résistant à l'usure qui conserve sa dureté jusqu'à 425°C. Il est couramment utilisé pour fabriquer des outils de coupe et matrices.

• L'acier à outils A2 est un acier à outils trempé à l'air, usage général, avec bonne ténacité et excellente stabilité dimensionnelle à températures élevées. Il est couramment utilisé pour fabriquer des matrices de moulage par injection.

• L'acier à outils O1 est un alliage trempé à l'huile avec une dureté élevée de 65 HRC. Il est couramment utilisé pour couteaux et outils de coupe.

Caractéristiques matériaux :

• Densité typique : 7,8 g/cm³

• Dureté typique : 45-65 HRC

Qu'est-ce que le laiton ? L'alliage conducteur & cosmétique

Le laiton est un alliage métallique avec une bonne usinabilité et une excellente conductivité électrique, le rendant idéal pour les applications nécessitant un faible frottement. On trouve souvent des pièces en laiton cosmétique pour des fins architecturales (détails dorés).

Voici le laiton que nous proposons chez Hubs.

• Le laiton C36000 est un matériau avec une haute résistance à la traction et une résistance naturelle à la corrosion. C'est l'un des matériaux les plus facilement usinables, donc souvent utilisé pour les applications à haut volume.

Caractéristiques matériaux :

• Densité typique : 8,4-8,7 g/cm³

• Non magnétique

Qu'est-ce que l'ABS ? Le thermoplastique pour prototypage

L'ABS est l'un des matériaux thermoplastiques les plus courants offrant de bonnes propriétés mécaniques, une excellente résistance aux chocs, une haute résistance à la chaleur et une bonne usinabilité.

L'ABS a une faible densité, le rendant idéal pour les applications légères. Les pièces ABS usinées CNC sont souvent utilisées comme prototypes avant la production de masse par moulage par injection.

Caractéristiques matériaux :

• Densité typique : 1,00-1,05 g/cm³

Qu'est-ce que le Nylon ? Le thermoplastique d'ingénierie

Le Nylon (aussi appelé polyamide (PA)) est un thermoplastique souvent utilisé pour des applications d'ingénierie, grâce à ses excellentes propriétés mécaniques, bonne résistance aux chocs et haute résistance chimique et à l'abrasion. Il est sensible à l'absorption d'eau et d'humidité.

Le Nylon 6 et le Nylon 66 sont les nuances les plus couramment utilisées en usinage CNC.

Caractéristiques matériaux :

• Densité typique : 1,14 g/cm³

Qu'est-ce que le polycarbonate ? Le thermoplastique à résistance aux chocs

Le polycarbonate est un thermoplastique avec une haute ténacité, une bonne usinabilité et une excellente résistance aux chocs (meilleure que l'ABS). Il est généralement transparent, mais peut être teinté dans une variété de couleurs. Ces facteurs le rendent idéal pour une large gamme d'applications, y compris les dispositifs fluidiques ou le vitrage automobile.

Caractéristiques matériaux :

• Densité typique : 1,20-1,22 g/cm³

Qu'est-ce que le POM (Delrin) ? Le plastique CNC le plus usinable

Le POM est communément connu sous le nom commercial Delrin, et c'est un thermoplastique d'ingénierie avec la plus haute usinabilité parmi les plastiques.

Le POM (Delrin) est souvent le meilleur choix pour l'usinage CNC de pièces plastiques nécessitant haute précision, haute rigidité, faible frottement, excellente stabilité dimensionnelle à températures élevées et très faible absorption d'eau.

Caractéristiques matériaux :

• Densité typique : 1,40-1,42 g/cm³

Qu'est-ce que le PTFE (Teflon) ? Le thermoplastique températures extrêmes

Le PTFE, communément appelé Teflon, est un thermoplastique d'ingénierie avec une excellente résistance chimique et thermique et le coefficient de frottement le plus bas de tout solide connu. C'est l'un des rares plastiques pouvant supporter des températures opérationnelles au-dessus de 200°C et c'est un excellent isolant électrique. Il a aussi des propriétés mécaniques pures et est souvent utilisé comme revêtement ou insert dans un assemblage.

Caractéristiques matériaux :

• Densité typique : 2,2 g/cm³

Qu'est-ce que le HDPE ? Le thermoplastique pour extérieur & tuyauterie

Le polyéthylène haute densité (HDPE) est un thermoplastique avec un haut rapport résistance/poids, une haute résistance aux chocs et une bonne résistance aux intempéries. Le HDPE est léger et convient à l'usage extérieur et à la tuyauterie. Comme l'ABS, il est souvent utilisé pour créer des prototypes avant le moulage par injection.

Caractéristiques matériaux :

• Densité typique : 0,93-0,97 g/cm³

Qu'est-ce que le PEEK ? Le plastique qui remplace le métal

Le PEEK est un thermoplastique d'ingénierie haute performance avec d'excellentes propriétés mécaniques, une stabilité thermique sur une très large gamme de températures et une excellente résistance à la plupart des produits chimiques.

Le PEEK est souvent utilisé pour remplacer des pièces métal grâce à son haut rapport résistance/poids. Des grades médicaux sont aussi disponibles, rendant le PEEK adapté aux applications biomédicales.

Caractéristiques matériaux :

• Densité typique : 1,32 g/cm³

Questions fréquentes

Quel est le matériau le plus rentable pour l'usinage CNC ?

Cela dépend beaucoup de l'application, mais globalement l'aluminium 6061 est le métal le plus courant et le moins cher pour l'usinage CNC.

Quel est le meilleur plastique pour l'usinage CNC ?

Le POM (Delrin) est le plastique le plus économique pour l'usinage CNC. Cela est dû en partie à l'excellente usinabilité des thermoplastiques.

Quels sont les avantages de l'usinage CNC avec les métaux ?

Les métaux sont idéaux pour les applications de fabrication nécessitant haute résistance, dureté et/ou résistances fiables aux températures extrêmes.

Quels sont les avantages de l'usinage CNC avec les plastiques ?

Bien que plus courants en impression 3D, les plastiques sont idéaux pour l'usinage CNC quand vous cherchez à produire des pièces légères avec des exigences matériaux spéciales. Les plastiques sont aussi viables pour produire des prototypes (surtout avant de commencer des quantités plus importantes par moulage par injection).